Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học



tải về 474.75 Kb.
trang1/5
Chuyển đổi dữ liệu21.08.2016
Kích474.75 Kb.
  1   2   3   4   5

Nguyễn Minh Phương Luận văn thạc sỹ khoa học



MỞ ĐẦU

Nền kinh tế xã hội nông nghiệp ở nước ta đã hình thành và phát triển từ rất lâu đời cùng với lịch sử lâu dài dựng nước và giữ nước của dân tộc. Trong suốt tiến trình phát triển lâu dài ấy, các làng nghề truyền thống cũng đã hình thành và phát triển trong nông thôn Việt Nam và đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Sự phát triển của các làng nghề không những góp phần giải quyết việc làm cho nhiều lao động, nâng cao thu nhập cho người dân địa phương nói riêng mà còn góp phần vào sự phát triển nền kinh tế của cả nước nói chung. Đặc biệt, trong nền kinh tế thị trường với chính sách phát triển kinh tế nhiều thành phần ở nước ta hiện nay, các làng nghề truyền thống vẫn đang phát triển mạnh mẽ.



Sự phát triển của làng nghề đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng song song với nó là tiềm ẩn những nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Thực trạng ô nhiễm môi trường trong các làng nghề truyền thống và các cơ sở ngành nghề nông thôn ngày nay đang ngày càng gia tăng. Do ý thức bảo vệ môi trường còn thấp của con người trong quá trình sản xuất, các loại chất thải được thải ra môi trường sống xung quanh mà không được thu gom và xử lý triệt để nên tình trạng ô nhiễm môi trường đã và đang xảy ra rất nghiêm trọng ở các làng nghề truyền thống ở Việt Nam.

Là một trong những làng nghề truyền thống vốn có từ lâu đời của thành phố Hà Nội, làng nghề sản xuất bún Phú Đô cũng đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Từ trước tới nay, nước thải của làng nghề này vẫn được xả trực tiếp xuống một con mương chung của làng mà không qua bất kỳ một hệ thống xử lý nước thải nào. Vì vậy, nước thải của làng nghề bún Phú Đô luôn trong tình trạng bị ô nhiễm hữu cơ nặng nề với nồng độ nitơ, photpho và hàm lượng BOD5, COD trong nước thải rất lớn. Do đặc thù của nước thải sản xuất bún là ô nhiễm chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nên việc áp dụng các biện pháp sinh học nói chung hay xử lý bằng bùn hoạt tính nói riêng để xử lý nước thải là hoàn toàn phù hợp. Việc kết hợp sử dụng các loài tảo cùng các vi sinh vật (VSV) để xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ được coi là một giải pháp khá hợp lý do trong nước thải, hàm lượng nitơ và photpho là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho sự sinh trưởng và phát triển của tảo. Ngoài ra, việc thu hồi sinh khối tảo trong nước thải sau xử lý có thể thực hiện một cách dễ dàng và thuận tiện bằng cách vớt hay lọc bằng lưới, góp phần làm giảm giá thành xử lý.

Chất dẻo sinh học (bioplastic) là một loại vật liệu mới đang ngày càng thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Không giống như các chất dẻo thông thường khác, chất dẻo sinh học là loại vật liệu “xanh” thân thiện môi trường với thời gian phân hủy ngắn do chúng có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật và các loại VSV. Sự ra đời của chất dẻo sinh học có thể được coi là cuộc cách mạng quan trọng trong công nghệ chất dẻo và được xem như một giải pháp nhằm giảm dần sự lệ thuộc vào dầu mỏ đang có nguy cơ cạn kiệt, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường. Là một trong những chất dẻo sinh học, poly-3-hydroxyalkanoates – PHA được tìm thấy trong cơ thể các VSV và vi tảo, trong đó có vi tảo lam Spirulina.

Việc kết hợp sử dụng các VSV và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải giàu hữu cơ tại làng nghề bún Phú Đô và thu nhận chất dẻo sinh học từ sinh khối tảo mang ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn cao. Do vậy, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô” với các nội dung sau:

  • Đánh giá hiện trạng và xác định đặc trưng của nước thải sản xuất bún tại làng nghề bún Phú Đô;

  • Nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải sản xuất bún, gồm các thông số sau: thời gian lắng tối ưu, nồng độ bùn hoạt tính tối ưu, nồng độ nitơ, nồng độ photpho và thời gian sục khí tối ưu cho quá trình xử lý;

  • Dựa vào kết quả nghiên cứu xác định các thông số tối ưu cho quá trình xử lý nước thải, đưa ra được quy trình xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô bằng VSV và vi tảo lam Spirulina platensis;

  • Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của chủng tảo lam Spirulina platensis qua các ngày nuôi cấy trong nước thải;

- Xác định hàm lượng PHA trong sinh khối tảo Spirulina thu được sau xử lý;

  • Sơ bộ đánh giá hiệu quả xử lý nước thải làng bún Phú Đô bằng bùn hoạt tính và vi tảo lam Spirulina platensis.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu

      1. Điều kiện tự nhiên

Làng bún Phú Đô thuộc xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm, ở cách trung tâm thành phố Hà Nội khoảng 10 km về phía Tây Nam. Vị trí ranh giới cụ thể của làng bún Phú Đô như sau:

- Phía Bắc giáp xã Mỹ Đình;

- Phía Nam giáp đường cao tốc Láng -Hoà lạc;

- Phía Đông giáp thôn Mễ Trì Thượng (thuộc xã Mễ Trì);

- Phía Tây giáp với sông Nhuệ.

Tổng diện tích tự nhiên của làng nghề là 258,6 ha, trong đó đất nông nghiệp là 164,6 ha [79].

Bao quanh phía Bắc của làng nghề sản xuất bún Phú Đô có một con mương tiêu nước chảy qua và chảy vào sông Nhuệ. Tình trạng ô nhiễm môi trường xảy ra nghiêm trọng khi vào mùa mưa, lưu lượng nước lớn gây ra tình trạng ngập úng do nước thải sản xuất bún hòa trộn cùng toàn bộ nước thải sinh hoạt và chăn nuôi từ các chuồng trại của các hộ gia đình đều đổ ra kênh dẫn. Nước thải sản xuất bún cùng nước thải sinh hoạt và nước thải chăn nuôi đều chưa qua xử lý mà xả thải trực tiếp vào hệ thống cống chung cuối làng. Sau đó, nước được thải trực tiếp xuống con mương chảy ra sông Nhuệ, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống của người dân trong vùng.


      1. Đặc điểm kinh tế xã hội

Theo số liệu thống kê năm 1999, cả làng nghề bún Phú Đô có 1.113 hộ với 5.111 nhân khẩu. Trong số đó có 700 hộ gia đình với 1.600 lao động hành nghề làm bún. Hàng năm, làng nghề Phú Đô sản xuất được khoảng 5.000 tấn bún, cung cấp bún cho khoảng 50% thị trường bún ở Hà Nội [87]. Sau hơn 5 năm, tính đến năm 2004, làng Phú Đô có khoảng 5.600 người, với 1.068 hộ gia đình. Trung bình mỗi hộ có khoảng 4,5 người. Mật độ dân số khoảng 202 người/ha. Trong làng, số hộ làm bún chiếm khoảng 50%, còn lại 10% số hộ sản xuất phục vụ làng nghề như: sản xuất công cụ làm bún (cơ khí); xay xát gạo; cung cấp than củi; 20% số hộ làm dịch vụ thương mại cho nhân dân trong thôn và các khách nơi khác đến; 20% số hộ còn lại làm các nghề khác [12]. Tuy nhiên, những năm gần đây, ở Phú Đô, số gia đình làm bún đã giảm nhiều do phần lớn chuyển sang buôn bán, kinh doanh. Từ gần ngàn hộ gia đình, nay chỉ còn khoảng vài trăm hộ vẫn còn theo nghề làm bún. Trình độ văn hóa của người dân trong làng không cao. Trong số lao động chuyên nghiệp làm bún ở Phú Đô hiện nay, chỉ có khoảng 30% tốt nghiệp phổ thông trung học, còn lại chỉ đạt trình độ văn hoá phổ thông cơ sở [87]. Trong thời đại công nghiệp hóa với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều phương tiện sản xuất hiện đại, nghề làm bún ngày nay đã được cơ giới hoá với các máy xay bột, đánh bột, góp phần nâng cao sản lượng sản xuất bún trong làng.

1.1.3 Công nghệ sản xuất bún truyền thống tại làng bún Phú Đô

Nguyên liệu sản xuất bún là gạo. Công đoạn đầu tiên trong quy trình sản xuất bún là gạo được sát trắng. Sau đó, gạo được vo kỹ và được ngâm trong nước. Sau khi ngâm trong nước khoảng 10 giờ, gạo được xóc sạch và đưa vào cối xay nhuyễn tạo thành bột gạo dẻo, trắng mịn.

Công đoạn tiếp theo là ủ bột và chắt bỏ nước chua và tiến hành nhào bột. Bột sau khi được nhào và đưa qua màn lọc sạn sẽ được đưa vào khuôn để vắt bột.

Khuôn bún được làm bằng chất liệu dạng ống dài, phía đầu khuôn có một miếng kim loại đục các lỗ tròn. Để tiến hành vắt bột phải chuẩn bị một nồi nước khá lớn, rộng miệng đặt trên bếp than hồng để đun sôi. Bột bún được cho vào chiếc khăn vải thô rộng, ở giữa khăn có khoét một khoảng hình tròn để khâu vào miệng khuôn bún có nhiều lỗ nhỏ. Bột bún sau đó được vắt mạnh cho chảy thành dòng qua khuôn xuống nồi nước đang sôi tạo thành sợi bún. Sau khi luộc khoảng vài ba phút, sợi bún trong nồi sẽ được vớt ra và đem tráng qua nước lạnh cho khỏi bết dính và trở nên săn chắc. Công đoạn cuối cùng là vớt bún trong nồi nước tráng. Sau khi vớt ra khỏi nồi nước tráng, bún thành phẩm được đặt trên các thúng bằng tre có lót sẵn lá chuối xanh rồi mới được đem ra chợ bán [79].

Như vậy, quy trình sản xuất bún tiêu thụ một lượng nước khá lớn. Hầu hết các công đoạn như vo gạo, ngâm gạo, vắt bột, luộc bột…đều thải ra một lượng nước thải giàu tinh bột đáng kể. Chính vì vậy, đặc thù của nước thải sản xuất bún là giàu chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.

1.2 Nước thải và phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính

1.2.1 Phân loại nước thải và các chất gây ô nhiễm trong nước thải

Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi... Dựa vào nguồn gốc phát sinh, nước thải có thể phân thành các loại chính sau đây:

+/ Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu vực dân cư bao gồm nước sau khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt thường chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (cacbonhydrat, protein, lipit), các chất vô cơ dinh dưỡng (nitơ, photpho). Các VSV trong nước thải sinh hoạt phần lớn ở dạng các vi khuẩn gây bệnh như vi khuẩn tả, lỵ, thương hàn và một số loài kí sinh trùng như trứng giun, sán…Ngoài ra, trong nước thải còn chứa các chất như H2S, NH3 gây mùi khó chịu.

+/ Nước thải công nghiệp: Nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải gọi chung là nước thải công nghiệp. Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng ngành sản xuất. Nước thải của xí nghiệp làm acquy có nồng độ axit và chì cao, nước thải của nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng và sunfua, nước thải từ các cơ sở sản xuất chế biến nông sản, thực phẩm (đường, sữa, bột, tôm, cá, bia rượu) chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Nói chung, nước thải của các ngành công nghiệp hoặc các xí nghiệp khác nhau có thành phần hóa học và hóa sinh rất khác nhau [15].



+/ Nước thải nông nghiệp: Nước thải nông nghiệp là nước thải ra trong quá trình canh tác nông nghiệp, thường chứa hàm lượng phân hóa học cao và các hóa chất bảo vệ thực vật. Nước thải nông nghiệp bị ô nhiễm làm cho đất bị thoái hóa, các tài nguyên sinh vật bị suy giảm, gây hậu quả nghiêm trọng đến môi trường. Các

chất độc còn tồn dư trong nước thải nông nghiệp gây tác động xấu đến sức khỏe con người [6].



Các chất gây ô nhiễm môi trường nước có nhiều loại, chúng thường được xếp thành 9 loại như sau:

+/ Các chất hữu cơ bền vững, khó bị phân hủy;

+/ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy; chủ yếu do tác nhân sinh học (VSV);

+/ Các kim loại nặng;

+/ Các ion vô cơ;

+/ Dầu mỡ và các chất hoạt động bề mặt;

+/ Các chất có mùi hoặc màu;

+ Các chất rắn;

+/ Các chất phóng xạ;

+/ Các VSV.

Dựa vào đặc điểm dễ hay khó bị phân hủy bởi VSV có trong nước thải mà các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải có thể được chia thành hai loại:

+/ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: Nhóm các chất hữu cơ dễ bị phân hủy gồm các chất protein, cacbonhydrat, các chất béo có nguồn gốc động và thực vật. Các chất gây ô nhiễm này thường có trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, thủy sản…Trong thành phần các chất hữu cơ từ nước thải ở các khu dân cư có khoảng 40 – 60% protein, 25 – 50% cacbonhydrat, 10% chất béo. Các hợp chất này chủ yếu làm suy giảm oxy hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt. Trong thực tế, người ta thường áp dụng các biện pháp sinh học để xử lý nước thải bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học.

+/ Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học: Nhóm các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học gồm các chất thuộc dạng chất hữu cơ có vòng thơm (cacbuahydro của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ. Trong đó, có nhiều chất là các chất hữu cơ tổng hợp và có độc tính cao đối với con người và động thực vật. Hàng năm, trên thế giới có khoảng 60.106 tấn các chất hữu cơ tổng hợp khó phân hủy sinh học được sản xuất trên thế giới như các chất màu, chất hóa dẻo, thuốc trừ sâu...[2]. Trong tự nhiên, các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học khá bền vững, có khả năng tích lũy và lưu giữ lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp và nguồn nước ở các vùng nông, lâm nghiệp sử dụng nhiều thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng, các chất làm rụng lá, thuốc diệt cỏ...[16].

1.2.2 Hệ vi sinh vật trong nước thải

VSV là những sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé. Tế bào của chúng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi với độ phóng đại từ 400 đến 1000 lần.

Số lượng và chủng loại VSV trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: các chất hữu cơ hòa tan trong nước, pH môi trường, các chất độc, tia tử ngoại... Mỗi loại nước thải có hệ VSV đặc trưng. Nước thải sinh hoạt và nước thải của các xí nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng VSV trong các loại nước này là rất lớn và chủ yếu là vi khuẩn. Những thủy vực tiếp nhận nguồn nước thải công nghiệp chứa nhiều axit như nước thải ngành công nghiệp mạ thường làm tiêu diệt các nhóm VSV ưa trung tính có trong thủy vực.

Các VSV trong nước thải rất phong phú, bao gồm các loại vi khuẩn, vi rút, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc. Trong số đó, vi khuẩn chiếm tỉ lệ cao nhất. Nước thải ở các nhà máy thải ra nhiều xenluloza và nhà máy chế biến thực phẩm thường có nhiều vi khuẩn Sphaerptilus natans. Loại vi khuẩn này trước đây thường hay bị nhầm với vi nấm trong nước thải do nó phủ lên bề mặt tế bào một lớp nước cực bẩn, thường tạo thành các sợi, khi vỡ ra sẽ trôi nổi đầy trên mặt nước. Nhóm vi khuẩn này phát triển mạnh ở nước nhiều oxygen. Ngoài ra, trong nước thải còn có các vi khuẩn phân giải đường như: Clostridium, Micrococcus urea, Cytophaga sp.; các vi khuẩn gây thối: Pseudomonas fluorecens, Proteus vulgaris, Bacillus cereus; các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh: Thiobacillus, Thiothrix, Beggiatoa; vi khuẩn phản nitrat hóa: Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans. Trong nước thải chứa dầu người ta tìm thấy vi khuẩn phân giải cacbonhydrat: Pseudomonas, Nocardia... [18].



Ngoài vi khuẩn, trong nước thải còn có nhiều loại nấm, nhất là nấm men như: Saccharomyces, Candia, Cryptococcus, Rhodotorula, Leptomitus lacteus, Fusarium aquaeducteum....[18]. Trong đó, nấm Leptomitus lacteus có khả năng phát triển thành khối nhầy cùng vi khuẩn Sphaerptilus natans trong 90 – 120 phút và có thể bịt kín hoàn toàn các song chắn rác làm cản trở dòng chảy, gây phiền hà trong việc thải nước. Leptomitus lacteus có thể sống quanh năm ở sông hồ và phát triển mạnh vào mùa đông [15].

1.2.3 Cơ sở sinh học của quá trình làm sạch nước thải

Các quá trình vật lý, hóa học như sự sa lắng và sự oxy hóa giữ vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch nước thải. Tuy nhiên, đóng vai trò quyết định trong làm sạch nước thải vẫn là các quá trình sinh học. Tại chỗ nước thải đổ ra, thường tụ tập các loại chim, cá. Chúng sử dụng các phế thải từ đồ ăn và rác làm thức ăn. Tiếp sau đó là các động vật bậc thấp như ấu trùng của côn trùng, giun và nguyên sinh động vật. Chúng sử dụng các hạt thức ăn cực nhỏ làm nguồn dinh dưỡng. Song cần phải nhấn mạnh vai trò quyết định của các VSV trong quá trình làm sạch nước thải. Cơ chế của quá trình làm sạch nước thải do các VSV bao gồm ba giai đoạn sau:

+/ Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào VSV;

+/ Quá trình khuyếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong tế bào VSV;

+/ Chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp vật liệu mới cho tế bào VSV.

Cả ba giai đoạn này có mối liên quan rất chặt chẽ với nhau làm nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước giảm dần.

Theo phương thức dinh dưỡng, các VSV được chia làm hai nhóm chính:

- Nhóm VSV tự dưỡng: Nhóm VSV này có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có các vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh...

- Nhóm VSV dị dưỡng: Nhóm VSV này sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để sinh trưởng, xây dựng tế bào và phát triển. Các VSV dị dưỡng có thể chia thành ba nhóm nhỏ dựa theo hoạt động sống của chúng đối với nhu cầu oxy:

+/ Nhóm VSV hiếu khí: là nhóm VSV cần oxy để sống, giống như quá trình hô hấp ở động vật bậc cao. Sự phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí thể hiện ở phản ứng sau:

VSV hiếu khí

Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + sinh khối VSV + năng lượng

+ NH4+ + H2S + NO3- + SO42-

Sản phẩm của quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm khoảng 40% là sinh khối VSV và gần 60% là CO2 + H2O.

+/ Nhóm VSV kỵ khí: là nhóm VSV có thể sống và hoạt động ở điều kiện kị khí (không cần có oxy của không khí). Các VSV này có khả năng sử dụng oxy trong những hợp chất nitrat, sunfat để oxy hóa các chất hữu cơ. Sự phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kị khí được thể hiện ở các phản ứng sau:

VSV kị khí

Chất hữu cơ + NO3- + SO42- CO2 + H2O + CH4 + N2 + H2S + NH4+ + axit hữu cơ + CH4 + sinh khối VSV + năng lượng

+/ VSV tùy nghi hay còn gọi là VSV kỵ khí tùy tiện: Nhóm VSV này có thể sinh trưởng trong điều kiện có hoặc không có oxy. Chúng luôn có mặt trong nước thải. Năng lượng được giải phóng ngoài một phần thoát ra ở dạng nhiệt, phần còn lại được sử dụng cho việc sinh tổng hợp hình thành tế bào mới [15].

Trong số các nhóm VSV làm sạch nước thải, vi khuẩn có số lượng nhiều nhất và cũng đóng vai trò quan trọng nhất. Ngoài ra, cũng có các nhóm VSV khác như nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn nhưng số lượng ít hơn vi khuẩn. Những nhóm này là các VSV dị dưỡng hiếu khí. Nhiều loại nấm, kể cả nấm độc có khả năng phân hủy xenlulozơ, hemixenlulozơ và đặc biệt là lignin. Tuy nhiên, vai trò của nấm, kể cả nấm mốc, nấm men, cũng như xạ khuẩn trong quá trình xử lý nước thải không quan trọng bằng vi khuẩn [16].

1.2.4 Cơ chế phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật

Nước thải của các cơ sở sản xuất lương thực, đặc biệt là nước thải từ các làng nghề sản xuất bún, bánh phở, miến....có hàm lượng tinh bột rất cao. Tinh bột bao gồm các mạch amilo và amilopectin. Amilo là những chuỗi không phân nhánh bao gồm hàng trăm đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dãy nối 1,4 glucozit. Amilopectin là các chuỗi phân nhánh, các đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,6 glucozit. Cơ chế quá trình phân giải tinh bột nhờ VSV được mô tả như sau:

VSV phân giải tinh bột có khả năng tiết ra môi trường hệ enzym amilaza bao gồm 4 enzym:

+/ α – amilaza có khả năng tác động vào bất kỳ mối liên kết 1,4 glucozit nào trong phân tử tinh bột. Bởi vậy, α – amilaza còn được gọi là endoamilaza. Dưới tác động của α – amilaza, phân tử tinh bột được cắt thành nhiều đoạn ngắn gọi là sự dịch hóa tinh bột. Sản phẩm của sự dịch hóa thường là các đường 3 cacbon gọi là mantotrioza.

+/ β - amilaza chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,4 glucozit ở cuối phân tử tinh bột, bởi thế còn gọi là exoamilaza. Sản phẩm của β - amilaza thường là đường disaccarit mantoza.

+/ Amilo 1,6 glucosidaza có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucozit tại những chỗ phân nhánh của amilopectin.

+/ Glucoamilaza phân giải tinh bột thành glucoza và các oligosaccarit. Enzym này có khả năng phân cắt cả hai loại liên kết 1,4 và 1,6 glucozit.

Dưới tác động của 4 loại enzym trên, phân tử tinh bột được phân giải thành đường glucoza.

VSV có hệ amilaza rất phong phú và đa dạng. Rất nhiều nhóm VSV ở trong đất và nước thải như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn có khả năng sinh amilaza.

Những vi khuẩn hiếu khí có khả năng sinh amilaza cao phần lớn thuộc loài Bacillus subtilis, B. lichenifomic, B. Circulan chịu nhiệt cao và nhóm vi khuẩn Cytophaga. Nhóm vi khuẩn kị khí sinh amilaza thường gặp là Clochidium thermosulfurrogens Thermoanaerobacter, Pyrococceus thuộc vi khuẩn cổ.

Các loài nấm mốc sinh amilaza thường gặp là Aspergillus niger, A. awamori, Rizopus niveus, Chalara paradoxa, còn nấm men thường gặp loài Cryptococcus spp., Endomycopsis fibulegera, Lipomyces spp.. Xạ khuẩn cũng có một số chi có khả năng phân hủy tinh bột.

Trong các loại VSV kể trên thì các vi khuẩn nhóm Bacillus có khả năng sinh amilaza mạnh nhất. Một số VSV có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ enzym amilaza nhưng một số loài khác chỉ có thể tiết ra một hoặc vài enzyme trong hệ đó, các nhóm này cộng tác với nhau trong quá trình phân hủy tinh bột thành đường [24].

1.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính

Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải nhưng có thể chia thành các phương pháp chính sau: cơ học, hoá lý, hoá học và sinh học. Trong đó, phương pháp sinh học được sử dụng chủ yếu để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao. So với biện pháp vật lý và hóa học, phương pháp sinh học có ưu điểm hơn cả là giá thành thiết bị không đắt tiền, nguyên liệu xử lý dễ kiếm lại không gây tái ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là một trong những phương pháp sinh học điển hình được áp dụng để xử lý nước thải giàu hữu cơ.



Trong nước thải luôn tồn tại các chất rắn lơ lửng khó lắng. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển trong nước thải, các tế bào VSV sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn nước và được lớn dần lên do hấp phụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ khác. Khi ngừng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dưỡng cho VSV trong nước thải cạn kiệt, những hạt bông này sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ tạo thành bùn. Bùn này được gọi là bùn hoạt tính. Nhờ bùn hoạt tính mà lượng chất ô nhiễm trong nước giảm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch.

Bùn hoạt tính là tập hợp các VSV khác nhau có mặt trong nước thải, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng ở trong nước. Các bông cặn này có khả năng hấp thu và phân hủy chất hữu cơ. Màu sắc của các bông cặn thường là màu vàng nâu. Các bông cặn dễ lắng có kích thước từ 3- 150 μm, gồm các VSV sống và cặn rắn (chiếm khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bông). Các bông cặn này có khả năng hấp thu và phân hủy chất hữu cơ. Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong môi trường thích hợp có sục khí) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi.

Quần thể VSV trong bùn hoạt tính rất phong phú với các loại vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh. Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 108 – 1012 trong 1 mg chất khô. Phần lớn chúng là Pseudomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium…Trong khối nhầy có các loài Zooglea, đặc biệt là Zooglea ramigola, rất giống Pseudomonas, chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy xung quanh tế bào. Bao nhầy này là một polyme sinh học, thành phần là polysaccarit, có tác dụng kết các tế bào vi khuẩn lại thành các hạt bông [16]. Ngoài ra, trong bùn hoạt tính còn có mặt các vi khuẩn phân hủy các polyme, vi khuẩn phản nitrat hóa, vi khuẩn khử sunfat. Một số giống vi khuẩn điển hình có mặt trong bùn hoạt tính được thể hiện trên bảng 1.

Bảng 1. Quần thể VSV trong bùn hoạt tính

TT

Vi khuẩn

Chức năng

1

Pseudomonas

Phân huỷ cacbonhydrat, protein, các hợp chất hữu cơ và phản nitrat hóa

2

Arthrobacter

Phân huỷ cacbonhydrat

3

Bacillus

Phân huỷ cacbonhydrat, protein

4

Cytophaga

Phân huỷ các polyme

5

Zooglea

Tạo thành chất nhầy, hình thành các chất keo tụ

6

Acinetobacter

Tích luỹ polyphotphat, phản nitrat

7

Nitrobacter

Nitrat hoá

8

Sphaerotilus

Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ

9

Acaligenes

Phân hủy protein, phản nitrat hóa

10

Flavobacterium

Phân hủy protein

11

Acinetobacter

Phản nitrat hóa

12

Hyphomicrobium

Phản nitrat hóa

13

Desulfovibrio

Khử sunfat, khử nitrat


Các động vật nguyên sinh cũng có mặt trong bùn hoạt tính và tham gia vào quá trình làm sạch nước thải. Chúng ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích thích VSV tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và làm kết lắng bùn nhanh.

Để xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính có hiệu quả, cần sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để tạo bùn hoạt tính nhằm tăng số lượng cũng như hoạt lực của các VSV có trong đó như: lấy bùn hoạt tính ở nơi xử lý khác có tính chất giống như nước thải nghiên cứu, hồi lưu bùn đã dùng ở những bể xử lý nước thải trước trở lại các bể sục khí. Ngoài ra, cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của VSV có trong bùn hoạt tính như:

- Nhiệt độ của nước thải: Nếu nhiệt độ cao thì phải có thiết bị hạ nhiệt độ xuống khoảng 25 – 300C;

- pH của nước thải: cần phải điều chỉnh pH của nước thải đạt khoảng 6,5 – 7,5;

- Các nguyên tố có tính độc có thể tiêu diệt hoặc kìm hãm sinh trưởng của VSV. Nước thải có chứa các độc tố đặc biệt này cần phải có biện pháp xử lý riêng trước khi được xử lý bằng bùn hoạt tính;

- Tỷ số BOD5: N: P: Đây là các chỉ số cần được quan tâm khi cân bằng dinh dưỡng cho VSV trong nước thải. Tỷ lệ BOD5: N: P được đề xuất tối ưu là 100: 5: 1. Ngoài chất hữu cơ, nitơ và photpho là hai nguồn dinh dưỡng quan trọng cho sự tạo thành tế bào mới và hoạt động của VSV trong bùn hoạt tính. Ngoài ra, để phát huy được vai trò của bùn hoạt tính đến điều kiện hiếu khí hay nồng độ oxy hòa tan trong nước, chúng ta phải quan tâm trong các quy trình công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính. Có thể làm tăng nồng độ oxy hòa tan bằng cách tăng mặt thoáng của ao hồ, áp dụng các biện pháp sục khí và khuấy cưỡng bức [16].

- Cách tạo bùn hoạt tính:

+/ Môi trường tạo bùn hoạt tính: là nước thải có cùng hoặc gần giống với phổ nhiễm bẩn của nước thải cần xử lý. Môi trường tạo bùn cần được bổ sung các nguồn dinh dưỡng N, P theo tỉ lệ BOD5: N: P = 100: 5: 1, đường kính (hoặc glucoza, mantoza) với hàm lượng khoảng 50 g/l môi trường;

+/ Giống VSV: là bùn hoạt tính lấy từ các nơi khác hoặc những bể chứa nước thải cần xử lý đã hình thành bùn ở điều kiện hiếu khí trong các nguồn nước thải giống nhau. Bùn này được cho vào bình tam giác theo tỷ lệ 5 – 10% rồi đặt trên máy lắc có tốc độ 180 – 200 vòng/phút ở 25- 30 0C, trong thời gian từ 24 – 48 tiếng. Sau đó lấy cặn bùn từ bình tam giác đưa vào các thùng lớn chứa môi trường có sục khí để kích thích sinh trưởng trong điều kiện hiếu khí rồi chuyển sang hệ thống xử lý. Bùn hồi lưu có thể được làm tái sinh hay hoạt hóa để tăng hoạt lực của bùn trong các bể xử lý đã có tỉ lệ môi trường thích hợp và sục khí tích cực trong vài giờ, sau đó bùn được quay trở lại các bể xử lý hiếu khí khác [1].



  1   2   3   4   5


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương