Bài giảng Công nghệ sinh học môi trường - Chương 4: Xử lý sinh học chất thải - Lê Quốc Tuấn

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ sinh học môi trường - Chương 4: Xử lý sinh học chất thải - Lê Quốc Tuấn

1. Lắng ngoại bào ™ Trong môi trường có sulphate, kim loại nặng có thể được loại thải bằng hoạt động của vi sinh vật kỵ khí Desulfovibrio và Desulfotomaculum 2- - 1. 3SO4 + 2 lactic acid Ỉ 3H2S + 6HCO3 2+ + 2. H2S + Cu Ỉ CuS + 2H - ™ HCO3 trong phản ứng 1 phân hủy tạo thành CO2 và nước, làm tăng pH và tăng quá trình kết tủ sulphide ™ Lượng dư H2S thường gây độc và ăn mòn thiết bị, nên có thể điều chỉnh nguồn carbon cung cấp, hoặc cũng có thể được xử lý bởi vi khuẩn lưu huỳnh. ™ Có thể sử dụng mô hình bùn hoạt tính ngược dòng xử lý kim loại nặng
2. H S Bể phản ứng qua 2 lớp bùn hoạt tính Loại sulphide Nước kỵ khí để loại bỏ sạch kim loại Dịch chứa kim loại Tách bùn Dưỡng chất Bùn hoạt tính Chất tạo bông
3. Các chất vô cơ khác ™ Các chất vô cơ khác như nitrate, phosphate, sulphate, cyanide và arsenic ™ Nitrate, phosphate chủ yếu từ các công trình xử lý nước thải, chảy tràn bề mặt qua các vùng nông nghiệp, công nghiệp và được pha loãng ở các con sông ™ Tuy nhiên với nông độ cao thì chúng sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng làm giảm chất lượng nước ™ Một số vi sinh vật có khả năng loại nitrate và phosphate trong đó có tảo lục ™ Một lượng lớn cyanide từ khai thác vàng. Cyanide có thể được loại thải bởi các tác nhân oxi hóa như chlorine hoặc peroxide ™ Các PP sinh học cũng đang được nghiên cứu như hấp thu sinh học cyanid bằng nấm mốc Fusarium lateritium
4. Hiện tượng phú dưỡng (ở sông)
5. Hiện tượng phú dưỡng ở biển (thủy triều đỏ)
6. Chất thải có nguồn gốc từ dầu mỏ ™ Dầu mỏ là một phức hợp gồm các hợp chất hữu cơ ™ Thành phần chính trong dầu mỏ là hydrocarbon có phân tử lượng từ thấp đến cao, có cấu trúc phân tử phức tạp (mạch thẳng, mạch nhánh, vòng, vòng thơm ) ™ Ngoài ra còn có các hợp chất dị vòng chứa sulphur, nitrogen, oxygen và kim loại nặng
7. Dầu thô ™ Dầu thô là kết quả của quá trình phân hủy kỵ khí xác sinh vật trong thời gian dài dưới đất. ™ Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao các chất hữu cơ chuyển thành khí, dầu lỏng, dầu sệt và hắc ín. ™ Một phần trong dầu thô có chứa BTEX và PAH. Khi dầu thô bị đẩy lên mặt đất do áp suất và nhiệt độ cao hoặc bị rò rỉ từ các bể chứa thì các này đi vào môi trường. ™ BTEX và PHA là các hợp chất độc, mặc dù không tan trong nước, dễ di chuyển và có thể gây ô nhiễm nước ngầm
8. Bể chứa dầu bị rò rỉ Bay hơi Đá không thấm Dòng dầu Vùng chưa bảo hòa Tảng nước Chất hữu cơ Dòng nước hòa tan ngầm Sự phân bố hydrocarbon trong đất từ sự cố rò rỉ dầu (Bossert và Compeau, 1995)
9. Xử lý sinh học dầu tràn ™ Dầu tràn không trộn lẫn trong nước biển và nỗi trên mặt nước, tạo điều kiện cho các hợp chất bay hơi đi vào không khí ™ Sự phân tán dầu trên mặt biển cho phép các sinh vật phân hủy dầu một cách tự nhiên ™ Sự phân hủy dầu diễn ra tại bề mặt tiếp xúc giữa dầu và nước. Do đó, dầu càng phân tán thì tốc độ phân hủy càng cao. ™ Để tăng hiệu quả xử lý dầu bằng vi sinh vật, người ta thương tạo điệu kiện cho VSV phân hủy phát triển bằng cách thêm dưỡng chất cho chúng (nitrogen và phosphorus)
10. DẦU TRÀN Dầutrànlàmột trong những thảmhọa đốivới mơi trường nước Che mất ánh sáng, ngăncảnhoạt động của động thựcvậtbiển Phát tán nhanh và khơng cốđịnh Tác động lâu dài, khĩ xử lý
11. DẦU TRÀN Nguyên nhân gây nên tràn dầu
12. HẬU QUẢ CỦA DẦU TRÀN
13. Xử lý dầutràn Khoanh vùng Thu gom
14. Xử lý dầutrànbằng các hệ Phun các chế phẩmsinhhọc thống tự nhiên phân hủydầu
15. Xử lý sinh học đất bị ô nhiễm ™ Đất chứa một lượng lớn vi sinh vật có khả năng sử dụng hydrocarbon ™ Đất bị nhiễm hydrocarbon chứa nhiều VSV hơn đất không bị nhiễm, nhưng thành phần loài VSV thì ít hơn. ™ Số phận các hợp chất hữu cơ trong môi trường ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. ™ Các yếu tố này ảnh hưởng lớn đến sự phát triển và đồng hóa các hợp chất hữu cơ của VSV
16. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của Vi sinh vật ™ Sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ phân hủy sinh học được ™ Sự hiện diện của các hợp chất vô cơ có chứa nitrogen và phosphorus ™ Nồng độ oxy, nhiệt độ, pH ™ Nước và độ ẩm ™ Số lượng và thành phần loài vi sinh vật ™ Sự hiện diện của kim loại nặng
17. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy các hợp chất ™ Sự phát triển và đồng hóa của vi khuẩn ™ Cấu trúc hóa học của các hợp chất hữu cơ ™ Sự có sẵn hoặc/và độ hòa tan của vật chất ™ Quang hóa
18. Các con đường phân hủy hợp chất hydrocarbon ™ Các hợp chất hóa dầu, PAH, BTEX được phân hủy bởi vi sinh vật đất. ™ VSV dùng các chất này như là nguồn carbon và năng lượng cho hoạt động sống và tổng hợp tế bào ™ Thông thường các hydrocarbon bị oxi hóa trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí
19. CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI SINH HỌC MỘT SỐ HỢP CHẤT VÒNG THƠM CHU TRÌNH CREBS
20. Nguyên tắc phản ứng phân hủy sinh học ™ Làm cho các hydrocarbon thành các chất phân cực ™ Nếu là hợp chất hydrocarbon mạch vòng thì thực hiện phản ứng mở vòng ™ Thay thế các nhóm halogen bằng nhóm -OH ™ Các phản ứng phân hủy được xúc tác bởi các enzyme đặc hiệu ™ SảnphẩmcuốicùngđivàochutrìnhCrebs
21. Đồng hóa trung tâm MỘT SỐ HỢP CHẤT VÒNG THƠM CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI SINH HỌC PHÂN GIẢI SINH CON ĐƯỜNG
22. Nấm Tảo Vi khuẩn Tảo Các bước đầu tiên trong phân giải hydrocarbon mạch vòng bởi nấm, vi khuẩn và tảo (Cerniglia, 1993)
23. Con đường phân giải sinh học toluene (Glazer và Nikaido, 1994)
24. Các chất hữu cơ tổng hợp ™ Hàng ngàn hợp chất hữu cơ tổng hợp được đưa vào môi trường ™ Điển hình cho loại hợp chất này là thuốc trừ sâu, diệt cỏ và bảo vệ thực vật ™ Được đưa vào môi trường một cách trực tiếp ™ Một nhóm khác có khả năng gây ô nhiễm nước ngầm là các dung môi clo hóa. ™ Một loại hóa chất được tổng hợp có độc tính cao là dioxin. ™ Có thời gian bán phân hủy cao
25. Cấu trúc hóa học của một số chất diệt côn trùng thông dụng
26. Thời gian bán phân hủy của một số chất trong môi trường Độc chất Thời gian bán phân hủy Mơi trường DDT 10 năm Đất TCDD 9 năm Đất Atrazine 25 tháng Nước Benzoperylene (PAH) 14 tháng Đất Phenanthrene (PAH) 138 ngày Đất Carbofuran 45 ngày Nước
27. Sự phân hủy sinh học các chất trong môi trường Phân hủy Hữu sinh Hoạt động sống của vi sinh vật Phân hủy Loại bỏ nguyên Cắt cấu trúc Cắt và loại bỏ vô sinh tử clo mạch vòng chuỗi carbon Kết quả: - Khoáng hóa hoàn toàn hợp chất - Cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của vi sinh vật
28. Con đường phân hủy chất hữu cơ tổng hợp
29. Ví dụ về chuyển hóa sinh học TNT
30. Chuyển hóa sinh học TNT trong đất
31. Ví dụ về chuyển hóa sinh học dioxin
32. Công nghệ xử lý sinh học ™ Đất bị ô nhiễm có thể xử lý sinh học bằng 2 cách: in-situ và ex-situ Đất bị ô nhiễm In-situ Ex-situ Tại chỗ Trồng trọt Trồng trọt Làm phân Làm thoáng sinh học Làm phân Ủ đống sinh học Phun hơi Ủ đống sinh học Hệ thống rễ Bể sinh học
33. In-situ
34. Ex-situ
35. Ủ đống sinh học
36. Xử lý Bơm Máytách Rãnh cấp Bể chứa khí hút khí/nước dưỡng chất dưỡng chất Ống phân phối khí sinh học Xử lý làm thoáng Đất bị ô nhiễm Nước ngầm
37. Xử lý đất bị ô nhiễm bằng thực vật ™ Dùng thực vật để hấp thu chất gây ô nhiễm và kim loại từ đất ™ Xử lý bằng thực vật bao gồm các quá trình: 1. Tách chiết bằng thực vật: loại thải chất ô nhiễm và kim loại từ đất bằng cách tích lũy và phân hủy trong cơ thể thực vật 2. Hóa hơi bằng thực vật 3. Lọc qua bộ rễ 4. Ổn định, chuyển hóa các độc chất thành những chất ít độc hơn. ™ Xử lý bằng thực vật: Hiệu quả cao, rẻ tiền, chi phí xây dựng, vận hành bảo dưỡng thấp, được cồng đồng chấp nhận
38. Xử lý bằng thực vật Bay hơi Tích lũy Phân hủy Phân hủy sinh học Hấp thu Chất ô nhiễm Bơm As đến không bào Giữ phức hợp As-thiol trong lá Khử arsenate thành arsenite trong lá Ngăncảnquátrìnhkhử arsenate nội bào trong rễ Tăng khả năng hấp thu arsente
39. Xử lý nước nhiễm KLN bằng thực vật
40. Khí thải và biện pháp xử lý ™ Khí thải chứa các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), SO2, NOx, CFC, CO2, methane và hạt bụi ™ Một phương pháp xử lý VOC là lọc sinh học, trong đó VSV được sử dụng đê phân hủy VOC ™ Một số vi sinh còn được sử dụng để xử lý H2S sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch
41. Tách nước Phân phối nước Than hoạt tính Dòng khí chứa VOC Vật liệu lọc sinh học Ngăn Bơm hoàn lưu chứa bùn Thoát nước Cấp và phân phối nước Sơ đồ mô hình xử lý khí có VOC bằng lọc sinh học
42. Khử lưu huỳnh trong than và dầu ™ Lưu huỳnh trong than và dầu khi bị đốt cháy sẽtạonênSO2, đây là khí gây nên mưa acid nghiêm trọng ™ Việc làm giảm SO2 có thể bằng cách khử S trong than hoặc xử lý khí SO2 sau khi đốt than. ™ CóthểloạiSO2 bằng CaCO2 theo PT sau: ™ CaCO3 + SO2 Ỉ CaSO3 + CO2 ™ 2CaSO3 + O2 + H2O Ỉ 2CaSO4 + 2H2O
43. Khử lưu huỳnh trong than và dầu ™ Một số vi sinh vật lưu huỳnh có khả năng xử lý S trong than. ™ 2S + 3O2 + H2O Ỉ 2H2SO4 ™ Thiobacillus ferrooxidans có thể oxi hóa FeS theo PT sau: ™ 2FeS + 7O2 + 2H2O Ỉ 2FeSO4 + H2SO4 ™ 4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 Ỉ 2Fe2(SO4)3 + 2H2O ™ Ngoài ra còn có một số vi sinh vật có khả năng loại S trong liên kết với cấu trúc mạch vòng