Chương 10: Vi sinh vật ứng dụng trong xử lí phế thải

Chương 10: Vi sinh vật ứng dụng trong xử lí phế thải Chế phẩm vi sinh vật dùng trong xử lí phế thải Nội dung chương 10 Chế phẩm vi sinh vật dùng trong xử lí nước thải Mục tiêu • Trình bày được một cách đầy đủ những tác hại khó lường của phế thải, nước thải sinh hoạt và công-nông nghiệp. • Trang bị kiến thức cơ bản cho sinh viên về bản chất của từng loại phế thải, nước thải. • Phân tích được các biện pháp, quy trình xử lý phế thải, nước thải công – nông nghiệp bằng công nghệ sinh học chống ô nhiễm môi trường và tái chế phế thải sau xử lý thành phân hữu cơ bón cho cây trồng I. Chế phẩm vi sinh vật dùng trong xử lí phế thải sinh hoạt 1. Nguồn gốc phế thải 1.1. Phế thải là gì?  Phế thải là những sản phẩm loại bỏ được thải ra trong quá trình hoạt động, sản xuất và chế biến của con người. 1.2. Nguồn gốc phế thải  Rác thải từ hoạt động sinh hoạt ở các khu dân cư, khu đô thị, trường học, bệnh viện và các tụ điểm buôn bán… Bãi rác thải sinh hoạt 1.2. Nguồn gốc phế thải Tàn dư thực vật 1.2. Nguồn gốc phế thải Phế thải do quá trình sản xuất chế biến nông – công nghiệp, phế thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp. VD: Nhà máy giấy, nhà máy đường, khai thác chế biến than…  Phế thải rất đa dạng, xếp thành 3 nhóm: - Phế thải hữu cơ - Phế thải rắn - Phế thải lỏng Nguyên nhân • Do dân số tăng nhanh. • Trình độ hiểu biết của nguời 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. • Quá trình đô thị hóa hiện nay 2. Biện pháp xử lí 2.1. Biện pháp chôn lấp  Cách làm: Đào một hố sâu để đổ rác xuống và lấp lại.  Ưu điểm: đơn giản, dễ làm.  Nhược điểm: đòi hỏi nhiều diện tích đất, thời gian xử lí lâu, bốc mùi hôi thối làm ô nhiễm đất, nước. 2.2. Biện pháp đốt Ưu điểm: đơn giản  Nhược điểm: tốn nguyên liệu dùng để đốt, làm ô nhiễm môi trường không khí, gây hiệu ứng nhà kính và các bệnh hô hấp. 2.3. Biện pháp thải ra sông ngòi và đổ ra biển - Đây là biện pháp rất nguy hiểm, gây ô nhiễm không khí, nguồn nước và tiêu diệt các sinh vật thủy sinh. 2.4. Biện pháp sinh học - Sử dụng công nghệ vi sinh vật để phân hủy phế thải. Công nhân đang phun chế phẩm SH 3. Thành phần của rác thải sinh hoạt • Đó là một tập hợp không đồng nhất, cơ cấu thành phần luôn biến động và thay đổi theo mức sống của cộng đồng. Riêng trong phế thải ở Việt nam thì: Cấu tử hữu cơ ( Thực phẩm, giấy, cacton, vải sợi…) chiếm 55 – 65%. Cấu tử phi hữu cơ ( kim loại, thủy tinh, rác xây dựng…) chiếm 12 – 15%. Còn lại là các cấu tử khác. 4. Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt và phế thải nông nghiệp 4.1. Vi khuẩn - Nhóm vi khuẩn hiếu khí: cytophaga, sorangium - Nhóm vi khuẩn kị khí: bacillus clostridium - Nhóm vi khuẩn sống ở dạ dày động vật ăn cỏ: butyrivibrio ruminococcus 4.2. Nấm sợi Mucor Tricoderma Aspergillus, Penicillium, 4.3. Xạ khuẩn - Có 2 nhóm xạ khuẩn: ưa ấm ( phát triển mạnh ở 28 – 30oC) và ưa nhiệt ( phát triển mạnh ở 60 – 70oC). Trong đống ủ phế thải thường có nhóm xạ khuẩn: Actinomyces Streptomyces 5. Một số quy trình xử lí rác thải hữu cơ bằng công nghệ vi sinh vật Quy trình xử lí rác thải hữu cơ bằng công nghệ vi sinh vật Phương pháp sản xuất khí sinh học (biogas) ủ yếm khí. . Phương pháp ủ phế thải thành đống lên men có đảo trộn Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn và có thổi khí. Phương pháp lên men trong các thiết bị chứa. Phương pháp lên men trong lò quay. Phương pháp xử lý rác thải hữu cơ công nghiệp. Phương pháp ủ rác thải hữu cơ làm phân ủ. 5. Một số quy trình xử lí rác thải hữu cơ bằng công nghệ vi sinh vật 5.1. Phương pháp sản xuất khí sinh học (Bioga) • Cơ sở: Các chất khó tan (xenlulose, lignin, hemixenlulose…) VSV phân giải Các chất dễ tan (các axit hữu cơ và rượu) Khí sinh học (CH4) Ưu điểm: - Thu được một loạt các chất khí sử dụng làm chất đốt. - Không gây ô nhiễm môi trường - Phế thải sau lên men tạo thành phân hữu cơ bón cho cây trồng.  Nhược điểm: - Khó lấy các chất thải ra sau khi lên men - Thiết kế bể ủ phức tạp, vốn đầu tư lớn, năng suất thấp. 5.2. Phương pháp ủ phế thải thành đống, lên men tự nhiên có đảo trộn - Rác được chất thành đống có chiều cao 1,5 – 2m đảo trộn mỗi tuần một lần. - Phương pháp này đơn giản, nhưng mất vệ sinh và gây ô nhiễm môi trường. 5.3. Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn và có thổi khí - Phế thải được chất thành đống cao 1,5 – 2 m, phía dưới có lắp đặt hệ thống phân phối khí. - Phương pháp này tiến hành nhanh hơn và ít ô nhiễm môi trường. 5.4. Phương pháp lên men trong các thiết bị chứa. - Phế thải được đưa vào các thiết bị chứa có dung tích khác nhau để lên men. - Bổ sung các vi sinh vật tuyển chọn vào đống ủ nên quá trình phân hủy nhanh hơn, dễ kiểm soát. 5.5. Phương pháp lên men trong lò quay - Phế thải được thu gom, phân loại, đập dập và đưa vào lò quay nghiêng có đảo trộn. - Rác sau khi lên men lại được ủ tiếp thành đống trong vòng 1 tháng. 5.6. Phương pháp ủ rác thải hữu cơ công nghiệp  Ưu điểm: - Mức độ tự động hóa cao - Rác được phân hủy tốt - Tạo được nguồn phân bón  Nhược điểm: - Đòi hỏi trình độ khoa học công nghệ cao - Chi phí tốn kém 5.7. Phương pháp ủ rác thải hữu cơ làm phân ủ  Ưu điểm: - Tiết kiệm chi phí vận chuyển - Dễ dàng thu gom nguyên liệu - Ứng dụng cho nhiều loại phế thải - Tạo được nguồn phân bón  Nhược điểm: - Đòi hỏi diện tích lớn - Chi phí tốn kém - Tốn nhiều công sức phân loại và tuyển chọn rác thải II. Chế phẩm vi sinh vật dùng trong xử lí phế thải hữu cơ 1. Chế phẩm EM (Effective Micro -Organisms) - Sử dụng trong xử lí rác thải, chuồng trại chăn nuôi và sản xuất rau an toàn. Quy trình sử dụng, bảo quản loại chế phẩm EM này rất thuận tiện. Chế phẩm được sản xuất từ các hợp chất hữu cơ và vi sinh vật sống có ích nên không độc cho con người và môi trường, giá thành rẻ phù hợp với người tiêu dùng. Chế phẩm EM 2. Chế phẩm vi sinh Biovina. Chế phẩm được dùng để xử lý 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 các chất hữu cơ nhanh, môi trường nuôi cấy có sẵn trong điều kiên VN, quy trình công nghệ đơn giản và dễ thực hiện. - Có 2 loại: + Biovina 1: Xử lý rác thải. + Biovina 2: Xử lý nước thải. 3. Một số chế phẩm vi sinh khác Chế phẩm vi sinh Rỉ đường + nước sạch Bể nhân sinh khối (48h) Đống ủ phế thải Kiểm tra chất lượng Tái chế sau ủ ( loại bỏ tạp chất Bổ sung nguyên tố vi, đa lượng) Phân hữu cơ vi sinh Đóng gói và sử dụng Vi sinh vật hữu ích Quy trình xử lí chế phẩm vi sinh vào đống ủ phế thải II. Vi sinh vật xử lí nước thải 1. Nguồn nước thải * Nước thải sinh hoạt • Là nguồn nước thải ra từ các khu tập trung dân cư, nó sinh ra từ sinh hoạt: ăn uống, tắm giặt…, chứa nhiều loại VSV gây bệnh. * Nước thải công nghiệp • - Bao gồm nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vận tải. 2. Khu hệ vi sinh vật và các tác nhân gây bệnh trong nước thải 2.1. Khu hệ vi sinh vật trong nước thải • - Vi khuẩn gây thối: pseudomonas, basillus… - Vi khuẩn gây bệnh đường ruột: nhóm Coliform đặc trưng cho mức độ ô nhiễm phân trong nước • - Vi khuẩn ôxi hoá lưu huỳnh… • - Các loại nấm men, nấm mốc… Bacillus Candida Clorophyta Pseudomonas Saccharomyces Thiobacillus 2. Khu hệ vi sinh vật và các tác nhân gây bệnh trong nước thải 2.2. Các tác nhân gây bệnh trong nước thải • Bao gồm các VSV gây bệnh nguy hiểm như: • - Vi khuẩn gây bệnh thương hàn: Salmonella • - Vi khuẩn kiết lị: Shigella • -Vi khuẩn đường ruột: E.coli • - Vi khuẩn lao, phẩy khuẩn tả… E.Coli Salmonena 3. Vai trò của VSV trong việc tự làm sạch nước thải • - Quá trình tự làm sạch nước liên quan tới hoạt động sống của giới thủy sinh trong đó vi sinh vật đóng vai trò rất quan trọng. Vorticella Chaetonotus Arcella Aspidisca Espystylis TrachelophyllumPodophryaDiplogasterAeolosoma Amoeba Hình ảnh về 1 số loài VSV dùng trong xử lý nước thải 4. Các phương pháp xử lí nước thải • Các biện pháp xử lí nước thải gồm: • - Xử lí bằng phương pháp cơ học • - Xử lí bằng phương pháp hóa lí và cơ học • - Xử lí bằng phương pháp sinh học • - Xử lí bằng phương pháp tổng hợp 4. Các phương pháp xử lí nước thải 4.1. Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học a) Khái niệm • Nhờ hoạt động sống của vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng để biến đổi các hợp chất hữu cơ cao phân tử có trong nước thải thành các hợp chất đơn giản hơn. • b) Điều kiện để xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học • - Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải phải là những chất dễ bị oxi hóa. • - Nồng độ các chất độc hại, các kim loại nặng cũng phải nằm trong giới hạn cho phép. • - Các điều kiện của môi trường như hàm lượng O2, pH, nhiệt độ của nước thải nằm trong giới hạn cho phép. • c) Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên • - Dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nước dưới tác động của các tác nhân sinh học trong tự nhiên • - Việc xử lí nước thải này được thực hiện bằng các cánh đồng tưới, bãi lọc hoặc hồ sinh học Ao hồ sinh học  Cho nước thải chảy qua các khu ruộng đang canh tác hoặc những cách đồng trống không canh tác được ngăn bờ tạo thành các ô thửa, hay cho chảy vào các ao hồ có sẵn. Ruộng tưới Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc d) Xử lí nước thải trong điều kiện nhân tạo • * Xử lí hiếu khí: • - Các chất bẩn hữu cơ bị oxi hóa thành các sản phẩm đường, rượu, CO2, H2O… • - Điều kiện: • + O2 • + Nồng độ các chất bẩn hữu cơ phải thấp hơn ngưỡng cho phép. • + Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật đầy đủ. Xử lý hiếu khí trong điều kiện nhân tạo 5. Một số quy trình xử lí nước thải bằng công nghệ vi sinh 5.1. Bể lọc sinh học (biofilter): là công trình xử lí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng bám dính của vi sinh vật (màng sinh học). 5.2. Bể sục khí (aeroten) • Bể sục khí là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật được ngăn ra làm nhiều buồng (3-4 buồng) nối với bể lắng. Là công trình xử lí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của VSV. 5.3. Xử lí kị khí • Là quy trình phân hủy sinh học yếm khí các hợp chất hữu cơ chứa trong nước thải để tạo thành khí CH4 và các sản phẩm vô cơ kể cả CO2 và NH3. Quy trình này có những ưu điểm sau: • + Nhu cầu về năng lượng không nhiều. • + Ngoài vai trò xử lí nước thải, bảo vệ môi trường, quy trình còn tạo nguồn năng lượng mới là khí sinh học, trong đó CH4 chiếm tỉ lệ 70-75%. • + Về mặt thiết bị: công trình cấu tạo khá đơn giản, có thể làm bằng vật liệu tại chỗ với giá thành không cao. Một số công trình xử lý kị khí • Bể tự hoại • Bể lên men mêtan • Bể xử lí sinh học kị khí với dòng chảy ngược qua bùn hoạt tính UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). • Củng cố ? Phân biệt các phương pháp xử lí rác thải? ? Liên hệ: em sẽ làm gì để bảo vệ môi trường sống giảm ô nhiễm do rác thải và nước thải?