Công nghệ sinh học môi trường - TS. Lê Phi Nga

CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG TS. Lê Phi Nga TS. Jean-Paul Schwitzguebéls CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n Bài giảng được sử dụng cho giáo viên lên lớp n Đối tượng là các học viên cao học chuyên ngành Công nghệ môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG Tp HCM n Mục tiêu: Học viên cần nắm vững các khái niệm, nguyên lý của các công nghệ sinh học đã được ứng dụng, các điều kiện ảnh hưởng và yếu tố thành công n Là môn học tự chọn, yêu cầu học viên đã có những kiến thức cơ bản về: - Sinh vật học - Vi sinh vật môi trường - Sinh thái môi trường - Công nghệ môi trường ĐỐI TƯỢNG GIẢNG, MỤC TIÊU, YÊU CẦU CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Khoâng Khí O2, N2, CO2 H2O Mặt trời (Naêng löôïng) Thöïc vaät Ñaát + Nöôùc (Dinh döôõng) Ñoäng vaät aên coû Ñoäng vaät aên thòt (sinh vaät tieâu thuï) Caùc loaøi vi sinh, ñoäng vaät khoâng xöông soáng (sinh vaät phaân huûy) COÂNG NGHEÄ SINH HOÏC MOÂI TRÖÔØNG Tham gia bảo vệ và cải tạo môi trường, giữ cân bằng sinh thái VỊ TRÍ CỦA CNSH-MT TRONG SINH THÁI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Không khí Nước Đất PHẠM VI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất thải asia.cnet.com/.../chil dren_bronze2_sc.jpg VAI TRÒ CỦA CNSH MT CNSH Môi trường tham gia vào các quá trình xử lý nước cấp, nước thải, bùn thải, nước mặt bị ô nhiễm, đất ô nhiễm, khí ô nhiễm và còn có thể dùng như công cụ để điầu tra đánh giá ô nhiễm CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n “Công nghệ” có thể ứng dụng rộng rãi n “Sinh học”: sử dụng cơ thể sinh học, một quá trình sinh học hay một phản ứng sinh học n “Môi trường”: giải quyết những vấn đề của môi trường như điều tra ô nhiễm, cải tạo ô nhiễm, xử lý chất thải KHÁI NIỆM CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG -Nucleic acid (DNA, RNA) - Protein / enzyme - Lipids - Polysaccharides CÔNG CỤ SINH HỌC ĐƯỢC SỬ DỤNG n Vi sinh vật: trong nước, đất n Thực vật: cạn, bán ngập, ngập nước n Động vật không xương sống trong bùn và đất n Cao phân tử sinh học CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG “ Công nghệ sinh học môi trường là sự kết hợp về mặt nguyên lý của nhiều ngành khoa học và kỹ thuật để sử dụng những khả năng sinh hóa to lớn của các vi sinh vật, thực vật hay một phần cơ thể của những sinh vật này để phục hồi, bảo vệ môi trường và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên” EPFL/LEB (Lab for Environmental Biotechnology) ĐỊNH NGHĨA CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm không khí Các chất ô nhiễm thường gặp • NOx, COx, SOx, C2F4 • Hydrocarbons • Chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) BTEXs, axit… • Kim loại nặng (Pb..) • POPs (dioxins/furans, PCBs) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm đất và nước Các chất ô nhiễm: • Hydrocarbons (BTEX, PAHs) • Hợp chất cơ Clo (PCE, TCE, PCBs) • Hợp chất vòng thơm chứa nitơ (TNT) • Hợp chất hữu cơ(MTBE) • Vô cơ (NO3, NH4) • Kim loại nặng (Cd, Cr, Pl, Zn, Cu) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG • 14 tiết: Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (Bioremediation) v Khái niệm và Nguyên lý v Kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường nước v Kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường đất • 10 tiết: Xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation) v Đất và nước ô nhiễm kim loại nặng: nguyên lý, kỹ thuật xử lý v Đất và nước ô nhiễm chất hữu cơ: nguyên lý, kỹ thuật xử lý • 6 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (Bioconversion) v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí v Công nghệ sinh metan từ nước thải và chất thải rắn Công nghệ sinh hydro v Công nghệ tạo etanol từ chất thải chứa carbonhydrat, cenllulose CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30 TIẾT) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG • 5 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (Bioconversion) v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí v Công nghệ sinh metan từ nước thải và chất thải rắn Công nghệ sinh hydro v Công nghệ tạo etanol từ chất thải chứa carbonhydrat, cenllulose CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30TIẾT)- (tiếp theo) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nguyên lý XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG chất cho điện tử (nguồn năng lượng) e- e- chất nhận điện tử (oxy, nitrate, sulfate, carbonic) năng lượng sinh tổng hợp carbon N, P, S, Fe, Vi lượng tế bào vi khuẩn Sinh trưởng của vi sinh vật yêu cầu dinh dưỡng (C,N, P, S) vi lượng và hô hấp trong đó bao gồm nguồn cho và chất nhận điện tử XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Sinh lý của vi khuẩn CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất ô nhiễm là chất cho điện tử (nguồn năng lượng) e- e- năng lượng sinh tổng hợp tế bào vi khuẩn N, P, S, Fe, Vi lượng chất nhận điện tử (oxy, nitrate, sulfate,carbonic) carbon Chất ô nhiễm là chất cho điện tử XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Cơ chế “đồng hóa” chất ô nhiễm CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG e- e- năng lượng sinh tổng hợp Chất ô nhiễm = nguồn carbon N, P, S, Fe, Vi lượng chất cho điện tử (nguồn năng lượng) chất nhận điện tử (oxy, nitrate, sulfate,carbonic) tế bào vi khuẩn Chất ô nhiễm là nguồn carbon XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Cơ chế “đồng hóa” chất ô nhiễm CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG e- e- năng lượng sinh tổng hợp N, P, S, Fe, Vi lượng chất cho điện tử (nguồn năng lượng) tế bào vi khuẩn Chất ô nhiễm là chất nhận điện tử Chất ô nhiễm = chất nhận điện tử (nitrate, Sulfate,carbonic) carbon XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế sinh lý CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG chất cho electron (nguồn năng lượng) e- e- chất nhận electron (khí oxygen, nitrate, sulfate, khí carbonic) năng lượng sinh tổng hợp carbon N, P, S, Fe, etc. Chất ô nhiễm bị biến đổiChất ô nhiễm Chất ô nhiễm không tham gia vào quá trình trao đổi chất nhưng bị biến đổi bên trong tế bào vi khuẩn XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế trực tiếp CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG chất cho electron (nguồn năng lượng) e- e- chất nhận electron (khí oxygen, nitrate, sulfate, khí carbonic) năng lượng sinh tổng hợp carbon N, P, S, Fe, etc. Chất ô nhiễm bị biến đổi Chất ô nhiễm Sự biến đổi chất ô nhiễm xảy ra hoàn toàn bên ngoài tế bào vi khuẩn XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế gián tiếp CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHẤT Ô NHIỄM LÀ NGUỒN CACBON Đá nhiễm dầu Đá đã sạch dầu Cơ chế đồng hoá CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHẤT Ô NHIỄM LÀ CHẤT NHẬN ĐIỆN TỬ Quá trình khử nitrát kị khí: NO3- + 2e- + 2H+ NO2- + H2O N2 VD: Paracoccus species, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas aeruginosa, and Rhodobacter sphaeroides … Quá trình khử sulphat kị khí : Acetat+ 3H+ SO42- 2H2O+ H2S + 2CO2 VD: Desulfovibrionaceae , Desulfobacteriaceae, Desulfobulbusaceae … Cơ chế sinh lý CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ClCl HCl oxygenase TCE Cl Cl H Cl O TCE epoxide Tế bào vi sinh vật CO HCOOH Cl2HC-COOH OHC-COOH Môi trường Oxít carbon Formic axít dichloroacetate glyoxylate (toluene, phenol, methane, ammonia, isoprene, propane…) CHẤT Ô NHIỄM BỊ BIẾN ĐỔI TRỰC TIẾP CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Năng lượng giải phóng (kJ/mol electron vận chuyển) 0 0,5 (volts)-0,5 Khử CT ® CF O2 ® H2O PCE ® TCE NO3 ® NO2 DCB ® MCB DCE ® VC SO4 ® H2S CO2 ® CH4 Ferredoxin ® ox NADH ® NAD Oxi hoá 0 +50-50 ÔXY HOÁ KHỬ LÀ PHẢN ỨNG CƠ SỞ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG VAI TRÒ CỦA ÔXY VÀ CHẤT THAY THẾ ÔXY Vai trò của ôxy trong phân hủy Hiếu khí : 1. Chất nhận điện tử cuối của quá trình hô hấp 2. oxy hóa chất ô nhiễm trực tiếp Vai trò của chất thay thế ôxy trong phân hủy Kị khí : 1. Chất nhận điện tử cuối của quá trình hô hấp là: Ion/ hợp chất (NO3, SO4, Fe(III), Mn(IV), CO2, 2. Tham gia biến dạng chất ô nhiễm (khử) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG O2 O2 benzene OH OH catechol NH3 O2 NH2OH ÔXY HOÁ TRỰC TIẾP CHẤT Ô NHIỄM COOH COOH CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NH4+ + NO2- N2 + 2H2O CH3 COOH COOH COOH H2O + 4e- H2O + 4e- ANAMMOX KHỬ BIẾN ĐỔI CHẤT Ô NHIỄM TRONG ĐIỀU KIỆN KỊ KHÍ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Desulfitobacterium strain PCE1 Dehalospirillum multivorans Dehalobacter restrictus Desulfitobacterium strain PCE-S Desulfitobacterium strain TCE1 Desulfitobacterium strain Y51 Desulforomonas chloroethenica Dehalococoides ethenogenes 2[H] HCl 2[H] HCl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl H H Cl Cl H H Cl H H H H H H 2[H] HCl 2[H] HCl tetrachloroethene (PCE) trichloroethene (TCE) cis-1,2-dichloroethene (cis-1,2-DCE) vinyl chloride (VC) ethene KHỬ HALOGEN DO VI SINH VẬTKỊ KHÍ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG GHI NHỚ • Xác định chất ô nhiễm • Đánh giá khả năng bị phân hủy bằng vi sinh vật • Điều kiện hóa-lý-sinh nơi ô nhiễm? • Áp dụng nguyên lý : chất cho và nhận điện tử • Sử dụng quá trình hiếu khí? kị khí? Hoặc cả 2 quá trình? • Điều kiện cần thiết cho vi sinh vật phát triển? • Chọn kỹ thuật được sử dụng • Xác định điều kiện ảnh hưởng • Phương pháp theo dõi, đánh giá hiệu quả xử lý ? XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Công nghệ XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG • Kích hoạt (Biostimualation)- thêm chất dinh dưỡng và oxy • Tăng cường (Bioaugmentation)-Thêm vi sinh vật • Theo dõi quá trình làm sạch tự nhiên (Bio- attenuation) BIOREMEDIATION: CÁC DẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý bên ngoài vị trí ô nhiễm (ex- situ) Xử lý tại vị trí ô nhiễm (in- situ) Bùn nhão (Bio-slurry) Trải trên đất (Land treatment) Đánh đống ủ (Biopiles) Cung cấp không khí (Bioventing) Mỗi kỹ thuật được sử dụng công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation) XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : CÁC KỸ THUẬT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Bể trộn bùn/ rửa đất Bể- 1 Trộn Bể tách nước Bể phản ứng Đất, bùn đã xử lý Sàng đất hạt thô Thêm: -Nước -Dinh dưỡng -chất tạo bọt, Chất ổn định Cung cấp khí Bể-3 Tạo bùn Bể-2 Sàng hạt mịn XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật Bùn nhão công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Đường thoát nước Lớp vật liệu đá, sỏi hoặc xây xi măng Hệ thống tưới Lớp cát Lớp đất ô nhiễm XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vật liệu rắn tăng thoáng khí Lớp chống thấm dưới đáy Đường thoát nước, dịch xử lý Mái che chống mưa Lớp đất ô nhiễm chứa dinh dưỡng, vi sinh công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất có che mái CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Đường thoát nước Hệ thống tưới Đất ô nhiễm Hệ thống xử lý khí (chất ô nhiễm bay hơi) Mái che chống thoát khí XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất có che mái+ hệ thống xử lý khí công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG storage tank liquid pump activated charcoal drums stack blower HD PE liner clean soil base knockout tank brass or PVC valve (to header) lớp nhựa PE monitoring point sample line valve pea gravel mound FRONT VIEW SIDE VIEW Đất ô nhiễm ống nhựa, đục lỗ cấp khí smooth PVC NOT TO SCALE Nhìn mặt trước Nhìn mặt sau Đường cấp khí ống nhựa, cấp khí Đất ô nhiễm Bao phủ bằng lớp nhựa PE Lấy mẫu lớp nhựa PE Bao phủ bằng lớp nhựa PE XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật đống ủ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật đống ủ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Giếng mở - khí vào Puits d’extraction Séparateur d’eau Ventilateur Traitement des gaz Eau Giếng hút - khí vào Tách nước Tách khí Xử lý khí Nước tách Đất ô nhiễm Đất không ô nhiễm XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật cấp khí (Bioventing) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý tại vị trí ô nhiễm (in- situ) Theo dõi làm sạch tự nhiên (Bio-attenuation) Thổi khí (Biosparging) Be bờ nhặn dòng (Biobarriers) Bơm hút và xử lý (Pum and treat) Xử lý bên ngoài vị trí ô nhiễm (ex- situ) Mỗi kỹ thuật được sử dụng một trong 3 công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation) hoặc Bio-attenuation XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC: CÁC KỸ THUẬT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nước ngầm: ô nhiễm dạng LNAPL (Light non- aqueous phase liquid) LNAPL CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất ô nhiễm dạng LNAPL (Light non-aqueous phase liquid) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nước ngầm: ô nhiễm dạng DNAPL (Dense non-aqueous phase liquid) Hòa tan trong nước Lắng cặn Chất ô nhiễm Lớp sét Bay hơiHướng chảy cùa nước ngầm Lớp đá DNAPL CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất ô nhiễm dạng DNAPL (Dense non-aqueous phase liquid) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Đường biên vùng ô nhiễm Giếng quan trắc Điểm láy mẫu đất Hướng vùng ô nhiễm lan truyền Giếng quan trắc di động theo vùng biên lan tỏa Vùng ô nhiễm nặng nhất Giếng quan trắc di động theo trục giữa vùng lan tỏa Giếng quan trắc ô nhiễm bắt đầu (gốc) Nồng độ giảm dần của chất ô nhiễm hòa tan XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật theo dõi quá trình tự làm sạch (Natural attenuation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Tìm hiểu các quá trình xảy ra trước khi quyết định kỹ thuật sử dụng tiếp theo Phân hủy sinh học Bay hơiPhân tán, hòa tan Hấp thụ/ hấp phụ Phân hủy hóa học Natural Attenuation XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật theo dõi quá trình tự làm sạch (Natural attenuation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Giếng bơm lên Giếng cấp lại Bể xử lý Nguồn thải Mực nước ngầmHướng nước chảy Hơi thoát Kiểm tra chất lượng khíỐng dẫn nước sạch quay vòng XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật theo bơm lên rồi xử lý (Pump-treat) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật bơm lên rồi xử lý (Pump-treat) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vùng ô nhiễm Vi sinh vật Vùng nước bão hòa chất ô nhiễm Vùng nước chưa bão hòa chất ô nhiễm G iế ng b ơ m é p Giếng bơm hút XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật thổi khí (Biosparging) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Giới hạn vùng xử lý Giếng bơm ép Giếng bơm hút Bể trộn dinh dưỡng Bơm đẩy Mực nước Đưa thêm dinh dưỡng XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật bơm dinh dưỡng (Bioenhancement) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật be bờ (Biobarrier) Chất ô nhiễm lan toả Tao bờ chặn chất ô nhiễm- cho hoá chất, chất dinh dưỡng hay vi sinh Đào hào sâu Nước chứa CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật be bờ (Biobarrier) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ORC =Chất nhả ôxy MgO2 + H2O ® ½O2 + Mg(OH)2 HRC =Chất nhả hydro Polylactate + H2O ® lactate ® H2 + acetate Oxi hóa: BTEX alcohols ketones MTBE vinyl chloride Khử: PCE, TCE, nitrate chromium Perchlorate Thuốc nổ XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Dùng chất nhả oxy, hydro CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Bột Trộn Dạng nhão XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Dùng chất nhả oxy, hydro CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Bơm ép chất nhả ôxy CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Bơm ép chất nhả hydro CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vùng xử lý Ex-situ Xử lý Natural annuation Vùng ô nhiễm cần xử lý In-situ Vùng chặn lan tỏa Vi sinh vật phía trên lớp nước Bơm ORC Bơm dinh dưỡng Bơm HRC XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: phối hợp các kỹ thuật CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Những yếu tố ảnh hưởng Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1. Khả năng biến đổi chất ô nhiễm của vi sinh vật: chủng loại, số lượng, hoạt tính... 2. « Bioavailability »: chất ô nhiễm ở dạng có khả năng được vi sinh vật tiếp nhận và biến đổi 3. Yếu tố hóa –lý môi trường ảnh hưởng đến khả năng biến đổi chất ô nhiễm bằng vi sinh vật pH Nhiệt độ Độ ẩm Độ muối Chất nhận điện tử Dinh dưỡng Ôxy Độc tính 4. Kỹ thuật xử lý sẽ được ứng dụng NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG pH “Acidophiles” ưa pH 1 – 5 có, thường được dùng để: -Thu hồi kim loại năng từ nước thải hầm mỏ - Giảm lưu hùynh (S) trong than đá. -Một vài loài có thể có thể sử dụng axít hữu cơ, dung môi “Alkaliphiles” ưa pH 9 – 12, thường dùng để: -Làm sạch fim X-quang -công nghiệp thực phẩm, dược -Xử lý nướcthải -Xử lý ô nhiễm dầu.. Neutrophiles Acidophiles Extreme acidophiles alkalophiles Extreme alkalophiles 14 0 7 “Neu trophiles” ưa pH 5.5–8, nhóm chiếm đa số trong sinh thái PHÂN NHÓM VI SINH VẬT THEO pH THÍCH NGHI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nhiệt độ tốc độ tối ưu tốc độ tăng tuyến tính Protein bị biến tính, tế bào bị phá hủy, thủy phân tế bào chất Tố c độ s in h tr ư ở ng Tế bào đông đặc, phản ứng sinh hóa diễn ra cưc kỳ chậm, VSV không sinh trưởng Chịu đựng tối đa NHIỆT ĐỘ & SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG PHÂN NHÓM VI SINH VẬT THEO NHIỆT ĐỘ THÍCH NGHI Psyrophiles Mesophiles Thermophiles Hyper thermophiles Extreme thermophiles 4O 39O 60O 88O 106O CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ưa muối Chịu muối Ưa nồng độ muối cao Hoàn toàn không ưa muối PHÂN NHÓM VI SINH VẬT THEO ĐỘ MUỐI (NaCL) THÍCH NGHI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vi sinh vật aw Pseudomonas fluorescens 0.96 Salmonella newport 0.95 Staphylococcus aureus 0.86 Aspergillus amstelodami 0.70 KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA VI SINH VẬT aw: là hoạt tính nước của của môi trường Aw = áp suất hơi của dung dịch/đất áp suất hơi của nước tinh khiết “Xerophile” là nhưngx vi sinh vật có khả năng chịu hạn rất cao CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vi sinh bị cố định Chất ô nhiễm bị hấp phụ « Bioavailability » : dạng tồn tại của chất ô nhiễm để vi sinh vật có thể tiếp cận, tiếp nhận và biến đổi « BIOAVAILABILITY » CỦA CHẤT Ô NHIỄM Chất ô nhiễm tiếp cận vi sinh vật như thế nào? CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG PORE WATER ORGANIC MATTER QUARTZ BACTERIA CLAY CELL WALL High Low C on ce nt ra tio n OM « BIOAVAILABILITY » PHỤ THUỘC TÍNH KỊ NƯỚC CỦA CÁC DẠNG VẬT CHẤT ĐẤT Chất hữu cơ (OM) Đất sét Vi sinh vật Chất ô nhiễm dẽ dàng liên kết với các dạng chất chất hữu cơ Kị nước cao CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Absorption of nonpolar chemicals to organic matter 1 2 3 4 5 llllllllllllll llllll l l ll llll llllll llllo g K o m various soils or sediments tested « BIOAVAILABILITY » PHỤ THUỘC KHẢ NĂNG BỊ HẤP PHỤ CỦA CHẤT Ô NHIỄM trong bùn và đất Nhiều loại mẫu bùn và đất PAHs Diclorophenyl CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG « BIOAVAILABILITY » PHỤ THUỘC « TUỔI » CỦA CHẤT Ô NHIỄM NGOÀI MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm vừa xảy ra Chất ô nhiễm Hạt đất Ô nhiễm sau một thời gian CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Attachment to substrate Biosurfactants Specific affinity Sp ec . a ct iv ity concentration Tăng cường Bioavailabilility bằng chất hoạt động bề mặt sinh học (biosurfactant) Chất ô nhiễm bị bao chặt trong đất Chất ô nhiễm bị nhũ hóa Giảm ái lực với đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Biofilm formation Transport Initial adhesion Polymer synthesis Bacteria-surface interactions Tương tác vi sinh vật & bề mặt hạt đất Bề mặt hạt đất Tạo màng vi sinh Vi s nh tiếp xúc Tổng hợp chất keo Vi sinh bơi tới CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Bacterial behavior in porous media Adhesion Clogging Cell division Release Desorption Khả năng chuyển động của vi sinh vật trong khe rỗng Liên kết Rời ra Tế bào phân chia Tế bàotiếp xúc với bề mặt CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chuyển động của vi sinh vật trong môi trường Chuyển động nhanh • Vi khuẩn ưa nước • Có bề