Chuyên đề: VI sinh vậT Ứng dụng trong xử LÝ phế thải I. Nguồn gốC phế thảI 1/ Phế thải là gì ?

P


hế thải là sản phẩm được sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con ng ười, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp thương mại, du lịch, giao thông, sinh hoạt tại các gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn.

• 
  Rác thải sinh hoạt: Phát sinh hàng ngày ở các đô thị, làng mạc, khu du lịch, nhà ga, trường học, công viên...
  
• 
  Rác thải công nghiệp: Phát sinh trong quá trình sản xuất công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ (nhiều thành phần phức tạp, đa dạng)
  
• 
  Rác thải nông nghiệp: Sinh ra trong quá trình trồng trọt, chăn nuôi, chế biến nông sản trước và sau thu hoạch...
  

• 
  Do dân số tăng nhanh
  
• 
  Trình độ hiểu biết của người dân còn thấp
  
• 
  Ý thức , trách nhiệm còn kém
  
• 
  Các cấp chính quyền địa phương còn lơ là đối với việc quản lý môi trường
  
• 
  Do quá trình đô thị hóa , các khu kinh tế , trung tâm công nghiệp , đô thị mới không được quản lý chặt chẽ , các vấn đề rác thải có nguy cơ ngày càng gia tăng
  
• 
  Do sự chênh lệch giàu nghèo ngày một sâu sắc, dẫn đến tình trạng không giữ vệ sinh chung
  
• 
  VIỆT NAM LÀ MỘT NƯỚC NÔNG NGHIỆP nên có nguồn phế thải sau khi thu hoạch rất lớn , rất đa dạng
  

• 
  Phế thải có nhiều nguồn khác nhau : rác thải sinh hoạt , rác thải đô thị , phế thải do qúa trình sản xuất , chế biến nông , công nghiệp ; phế thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp
  

• 
  Phế thải rất đa dạng nhưng người ta xếp chúng thành 3 nhóm sau :
  

+ Phế thải hữu cơ

• 
  Rác thải sinh hoạt là một tập hợp không đồng nhất
  
• 
  Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát của các nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt và thương mại
  
• 
  Tính không đồng nhất này tạo ra một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh hoạt
  

+ Thành phần hữu cơ chiếm 55 – 56 %

+ Cấu tử phi hữu cơ ( kim loại, thủy tinh , rác xây dựng … ) chiếm 12 – 15 %

+ Cấu tử khác chiếm 20 – 33 %

Cơ cấu thành phần cơ học trên của phế thải luôn biến động và thay đổi theo mức sống của cộng đồng

5/ Các biện pháp xử lý phế thải ?

Gồm có 4 biện pháp :

Người ta đào một cái hố sâu để đổ rác xuống và lấp lại

1. 
   Ưu điểm
   

2. 
   Khuyết điểm
   

K

hi lượng phế thải quá nhiều . Đây là biện pháp tạm thời , gây ô nhiễm môi trường không khí rất nghiêm trọng , gây hiệu ứng nhà kính và các loại bệnh hô hấp , tốn nhiên liệu để đốt

Đ


ây là biện pháp nguy hiểm nhất , gây ô nhiễm không khí , nguồn nước , tiêu diệt sinh vật sống trong nước , gây ô nhiễm toàn cầu.

L


à biện pháp tối ưu nhất , dùng để xử lý phế thải . Muốn thực hiện được biện pháp này điều quan trọng nhất đó là phải phân loại phế thải.

• 
  Các thành phần hòa tan trong nước như đường , bột , axit amin và các axit hữu cơ khác
  
• 
  Các sản phẩm Hemicellulose có 5 đến 6 đường cacbon
  
• 
  Cellulose
  
• 
  Lignin
  
• 
  Các lignin- cellulose
  
• 
  Các protein
  

Đặc tính của mùn là :

• 
  Có màu nâu đen đến đen
  
• 
  Tỷ lệ nito-cacbon thấp
  
• 
  Có sự thay đổi tích cực do sự hoạt động của vi sinh vật
  
• 
  Có khả năng trao đổi bazơ
  

1. 
   Chế phẩm EM ( Effective Microorganisms )
   

- Do GS.TS người Nhật Teruo Higa tạo ra

- EM là chế phẩm sinh học gồm 87 chủng VSV khác nhau trong đó có 5 nhóm VSV là : lên men lactic, vi khuẩn quang hợp, xạ khuẩn, nấm men và nấm mốc.

- 5 nhóm VSV này tạo ra aa tự do , axit hữu cơ , vitamin hòa tan trong nước , kháng sinh và tạo ra các hoocmôn tự nhiên.

• 
  Vi khuẩn lactic tạo ra axit lactic từ nguồn Gluxit
  
• 
  Axit lactic là tác nhân chính bảo quản các thức ăn ủ xanh, chế biến sữa chua
  
• 
  Axit lactic làm pH môi trường thấp vì vậy VSV gây thối không phát triển được
  
• 
  Vi khuẩn lactic có khả năng ngăn cản sự phát triển của nấm Fusarium gây bệnh cho cây trồng
  

• 
  Là nhóm quan trọng nhất trong EM
  
• 
  Sử dụng năng lượng mặt trời , nhiệt trong đất tổng hợp các chất cung cấp cho thực vật phát triển tốt như aa, axit nucleic, đường, các chất hoạt động sinh học
  
• 
  Nó có vai trò lớn trong việc cải tạo môi trường
  

• 
  Tổng hợp các chất hoạt động sinh học như : hoocmonm, enzim thúc đẩy hoạt động của tế bào rễ
  
• 
  Các chất tiết ra của nhóm nấm men có lợi ích giúp cho các nhóm VSV hữu hiệu khác như vi khuẩn lactic, xạ khuẩn, ... phát triển tốt
  

• 
  Có khả năng tổng hợp chất kháng sinh từ một số sản phẩm của vi khuẩn quang hợp và chất hữu cơ ở môi trường
  
• 
  Vi khuẩn quang hợp và xạ khuẩn sống hỗ trợ cho nhau và cùng có vai trò trong cải tạo đất
  
• 
  VD : Actinomyces, Streptomyces ,...
  

Phân giải chất hữu cơ tạo thành rượu, este và các chất kháng sinh ( có tác dụng khử mùi , ngăn cản hoạt động của côn trùng có hại )

• 
  Chế phẩm EM giúp cân bằng trở lại tự nhiên
  
• 
  Chế phẩm EM hoàn toàn không độc hại và được ứng dụng rộng rãi , có hiệu quả trong nông nghiệp , công nghiệp , chế biến thực phẩm và xử lí môi trường
  
• 
  Chế phẩm EM được hòa với nước, phun lên rác hạn chế được mùi hôi thối từ các bãi rác lớn
  
• 
  Từ năm 2000 EM được thử nghiệm cho những hộ gia đình ở Hà Nội trong xử lí rác thải sinh hoạt
  

• 
  Chế phẩm được dùng để xử lí chất thải tạo ra phân hữu cơ vi sinh
  
• 
  Giống vi sinh biovina đảm bảo tính thuần khiết, ổn định, có khả năng phân giải chất hữu cơ nhanh, môi trường nuôi cấy có sẵn trong điều kiện VN quy trình công nghệ đơn giản và dễ thực hiện
  
• 
  Có 2 loại :
  

• 
  Biovina 1 : xử lí rác thải
  
• 
  Biovina 2 : xử lí nước thải
  

• 
  Sản phẩm công nghệ vi sinh này là phân bón Compos Plus
  
• 
  Công nghệ này xử lí triệt để các độc tố lẫn vào rác như chất thải dầu mỡ, dầu động cơ, chất thải bùn quánh từ các hầm cầu
  
• 
  Compos Plus đã khắc phục được những tác hại do phân hóa học gây ra, không gây độc hại cho người và các sinh vật khác, tăng độ màu mỡ cho đất, giúp cây trồng được nuôi dưỡng bằng các chất dinh dưỡng tự nhiên do các VSV tạo ra, không cần sử dụng thêm thuốc bảo vệ thực vật nên không gây ô nhiễm môi trường, nông phẩm sạch hơn , không gây bệnh cho người
  
• 
  Được sử dụng rộng rãi ở VN từ năm 1998
  

• 
  Rác thải được phân loại sơ bộ ngay tại gia đình sau đó thu gom đưa về sân tập kết phân loại bỏ các chất vô cơ
  
• 
  Phần hữu cơ được trộn lẫn với chế phẩm Bio Micromix rồi đưa vào bể ủ
  
• 
  Thời gian lên men trong bể kéo dài từ 40- 50 ngày, khi quá trình ủ kết thúc rác được chuyển ra sân phơi khô sau đó đưa vào nghiền và sàn phân loại
  
• 
  Phần hữu cơ tận dụng làm phân bón
  
• 
  Chất vô cơ được phân loại để :
  

• 
  Tái chế
  
• 
  Chôn lấp
  

- Cùng với sự phát triển của văn minh nhân loại, nhu cầu về nước ngày càng tăng, lượng nước công nghiệp cũng như nước sinh hoạt thải ra ngày càng nhiều, đã và đang gây ô nhiễm đáng kể đến nước bề mặt và môi trường. Do đó nhiều vùng nước đã bị ô nhiễm các loại hợp chất hóa học và các loại vi sinh vật độc hại.

- Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Nước thải đóng một vai trò rất quan trọng gây ô nhiễm nước, 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.
  

- Những vi sinh vật có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải bằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới. Chúng có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng. Nhưng sau khi hấp thụ, nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0. Một lượng nhất định các chất hữu cơ hấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào. Một lượng khác các chất hữu cơ lại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp.

• 
  Các vi sinh vật dị dưỡng: Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp
  
• 
  Các vi sinh vật tự dưỡng: 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 cũng như màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau, chứa khoảng 70 - 90% chất hữu cơ; 10 ÷ 30% chất vô cơ. Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước 3 ÷ 150μm, có khả năng hấp thu và phân hủy các chất hữu cơ khi có mặt oxy (được dùng trong phương pháp xử lý sinh học hiếu khí). Những bông này bao gồm các vi sinh vật sống và cơ chất rắn (40%). Những vi sinh vật sống bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, một số nguyên sinh động vật, dòi, giun.

- Màng sinh vật (màng sinh học) phát triển ở bề mặt các vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 ÷ 3 mm hoặc hơn. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải từ mầu xám đến nâu tối. Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, động vật nguyên sinh.

- Bùn gốc ban đầu được nuôi dưỡng tạo thành loại bùn có hoạt tính cao và có tính kết lắng tốt. Có thể gọi đó là quá 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 tác động của khuấy trộn. Bùn có nguồn gốc tốt nhất được lấy từ các cơ sở xử lý nước thải đang hoạt động.

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	Nitrít 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.

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ và vô cơ

phân tử trong điều kiện không có oxy phân tử bởi các vi sinh vật kị khí.
- Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình:

1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, 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 quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình

phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:

• 
  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.
  
• 
  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.
  
• 
  Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
  
• 
  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.