Xử lý sinh học các hợp chất phosphor và kim loại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG GVHD: T.S Trương Thanh Cảnh Nhóm thực hiện: Nhóm 3 Xử lý kim loại trong nước bằng PP sinh học Xử lý phosphor trong nước bằng PP sinh học Giới thiệu nước thải nhiễm phosphor và kim loại Kết luận và ý kiến đề xuất NỘI DUNG PHOSPHO TRONG NƯỚC THẢI Phosphat đơn (PO4 3-) Polyphosphat (P2O7) Hợp chất hữu cơ chứa phosphat  Trong đó polyphosphat (P2O7) và hợp chất hữu cơ chứa phosphat chiếm thỉ trọng lớn -Yếu tố sinh thái -Nhân tố giới hạn Phospho Hàm lượng phospho vượt quá mức giới hạn cho phép có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa gây chết hàng loạt sinh vật trong hồ. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHOSPHO KIM LOẠI NẶNG Có tỷ trọng lớn hơn 5 Khối lượng riêng lớn hơn 5.000 kg/m3 Tích lũy trong cơ thể sinh vật Ô nhiễm ở những khu công nghiệp, khai thác khoáng sản, tp lớn NƯỚC THẢI NHIỄM KIM LOẠI NẶNG Thế nào là : PP VI SINH PP THỰC VẬT XỬ LÝ PHOSPHO BẰNG PP SINH HỌC Thải loại Yếm khí Hiếu khí Vi sinh vật sinh trường sẽ hấp thụ lượng phospho cao hơn mức bình thường trong tế bào vi sinh vật (2-7%), làm giảm phospho trong môi trường. Loại bỏ hợp chất photpho ra khỏi môi trường nước thải bằng cách tách vi sinh có hàm lượng photpho cao dưới dạng bùn thải hoặc tách photphat tồn tại trong nước sau khi xử lý yếm khí bằng biện pháp hóa học Trong điều kiện yếm khí, với sự có mặt của chất hữu cơ, lượng phosphat dư lại được thải ra ngoài cơ thể vi sinh vật dưới dạng photphat đơn XỬ LÝ PHOSPHO BẰNG PP VI SINH NGUYÊN TẮC CHUNG Phương pháp bốn hay năm bậc Công nghệ xử lý nước thải có chứa phospho Gồm 2 pha kị khí và hiếu khí điển hình Ứng dụng trên quy mô công nghiệp. Hệ thống gồm 5 bể kế tiếp và một bể lắng trong Công nghệ xử lý có khả năng, đồng thơi loại bỏ BOD, hợp chất nitơ và phospho Phương pháp hai bậc Phương pháp ba bậc XỬ LÝ PHOSPHO BẰNG PP VI SINH Nước sau kết tủa Lắng Hiếu khí Yếm khí Kết tủa hóa học Bùn thải Nước sau xử lý yếm khí Hóa chất Sơ đồ phostrip tách loại photpho CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Quá trình bardenpho năm giai đoạn CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Hiếu khí Thiếu khí Hiếu khí Thiếu khí Yếm khí ƯU ĐIỂM Giảm hoặc không sử dụng hóa chất kết tủa (Al3+, Fe3+, Ca2+) và hóa chất phụ trợ dùng trong quá trình kết tủa (kiềm) Giảm thiểu sự phát triển của vi sinh dạng sợi tạo điều kiện tốt cho quá trình lắng thứ cấp Tiết kiệm một phần năng lượng sục khí do một phần chất hữu cơ đã tiêu hao cho xử lý photpho Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa amoni do chất hữu cơ giảm trong giai đoạn yếm khí UƯ VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP NHƯỢC ĐIỂM UƯ VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP  Diễn biến của quá trình vi sinh phức tạp, vấn đề tách loại photpho được quan tâm chưa lâu nên các thông số kỹ thuật dùng trong thiết kế cũng như các yếu tố ảnh hưởng tản mạn về giá trị thậm chí trái ngược về kết quả, dẫn đến việc tính toán dễ gặp sai sót thể hiện ở khâu vận hành. Kiểm soát điều kiện vận hành cần chặt chẽ sao cho trong vùng yếm khí không tồn tại oxy hòa tan và nitrat Thủy thực vật sống chìm Thủy thực vật sống trôi nổi Thủy thực vật sống nổi Loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng. Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải. THỦY SINH THỰC VẬT XỬ LÝ PHOSPHO BẰNG THỦY SINH THỰC VẬT XỬ LÝ PHOSPHO BẰNG THỦY SINH THỰC VẬT Loại Tên thông thường Tên khoa học Thuỷ sinh thực vật sống chìm Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spicatum Blyxa Blyxa aubertii Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi trôi nổi Lục bình Eichhornia crassipes Bèo tấm Wolfia arrhiga Bèo tai tượng Pistia stratiotes Salvinia Salvinia spp Thuỷ sinh thực vật sống nổi Cattails Typha spp Bulrush Scirpus spp Sậy Phragmites communis Một số thủy sinh thực vật tiêu biểu XỬ LÝ PHOSPHO BẰNG THỦY SINH THỰC VẬT NGUYÊN TẮC CHUNG Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Một lượng chất hưu cơ và dinh dưỡng được sử dụng để sinh vật tổng hợp sinh khối và tạo năng lượng. Nhìn chung hợp chất photpho chuyển hóa và tồn tại trong hệ ngập nước theo chu trình tự nhiên khép kín, chỉ tách ra khỏi hệ theo sinh khối được thu hoạch. Do đó để loại bỏ hợp chất photspho trong nước cần sử dụng các sinh vật có khả năng hấp thụ photspho cao. Do hiệu suất sinh khôi của các sinh vật là khác nhau nên hiệu quả xử lý sẻ khác nhau Các kim loại nặng trong nước 4 1 Nguồn gốc phát sinh và tác động 2 Phương pháp xử lý 3 XỬ LÝ KIM LOẠI BẰNG PP SINH HỌC Chì (Pb) Thủy ngân (Hg) Asen (As) Crom (Cr) Cadimi (Cd ) CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC CẦN XỬ LÝ KL nặng Mangan (Mn) NGUỒN TỰ NHIÊN NGUỒN GỐC PHÁT SINH NGUỒN NHÂN TẠO  Kim loại trong đất đá ,xâm nhập vào thủy vực qua quá trình tự nhiên, phong hóa xói mòn.  Rửa trôi từ nơi khai khoáng và những vùng đổ bỏ chất thải rắn. Từ ô nhiễm không khí Nguồn công nghiệp Nguồn nước thải sinh hoạt Nguồn nông nghiệp TÁC ĐỘNG CỦA KIM LOẠI NẶNG KIM LOẠI NẶNG CON NGƯỜI MÔI TRƯỜNG Môi trường Thải ra KLN + hóa chất từ các nhà máy Tích tụ trong cơ thể sinh vật Chuỗi thức ăn Cơ thể con người Quá trình xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể người TÁC ĐỘNG CỦA KIM LOẠI NẶNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI - Hiện có nhiều quy trình công nghệ để khử KLN ra khỏi nước thải: PP hóa lý bay hơi, kết tủa hóa học, trao đổi ion, hấp phụ, màng, điện hoá… PP sinh học Sinh vật kỵ khí và hiếu khí, sinh vật thủy sinh, vật liệu sinh học… PP cơ học Lọc qua song chắn, lưới chắn, bể lắng cơ học, tách ly tâm … PP hóa học Trung hòa bằng khí axit, hoặc bằng tác nhân hóa học, oxi hóa khử… Nhờ khả năng hấp thụ kim loại năng trên bề mặt tế bào → Thay đổi trạng thái oxy hóa khử của kim loại → Tách bỏ kim loại trong nước thải NGUYÊN TẮC CHUNG Tách sinh khối chứa kim loại và xử lý tiếp như đốt hoặc tách thu KL trong sinh khối Hấp thụ qua 2 cơ chế: Hấp thụ chủ động Hấp thu bề mặt (bị động) PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG CHỦ YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PP SINH HỌC • Tảo, nấm, vi khuẩn... • Vi sinh vật phát triển sẽ tích tụ kim loại và làm sạch môi trường • Quá trình hấp thu gồm 2 giai đoạn: tích tụ và lắng sinh khối VI SINH VẬT • Một cố loài thực vật sống được trong môi trường ô nhiễm KL nặng và có khả năng hấp thụ và tách kim loại độc hại: Cỏ Vertiver, cải xoong, cây dương xỉ, cây thơm ổi • Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường THỰC VẬT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG SINH VẬT CHỈ THỊ • Đặc trưng • Chỉ xuất hiện trong môi trường bị ô nhiễm bởi kim loại nặng • Tích lũy kim loại nặng trong cơ thể SINH VẬT CHỈ THỊ Đặc trưng Chỉ được phát hiện trong 1 môi trường có mức ô nhiễm nhất định Không xuất hiện trong mức ô nhiễm khác Sinh vật chỉ thị ( vd: Động vật đáy: nghêu, sò, ốc, hến…) Ví dụ về sinh vật chỉ thị kim loại KLN được tích lũy ở loài Hến Pb, Cd Động vật đáy (nghêu, sò, ốc, hến) Chỉ thị rất tốt cho kim loại nặng trong nước. Có mặt tự nhiên trong môi trường nước biển Cá Vi sinh vật Nguyên tố Lượng tích tụ ( % khối lượng khô ) Vi khuẩn Vi khuẩn (170 chủng) Vi khuẩn ( 137 chủng ) Vi khuẩn ( 19 chủng ) Vi khuẩn ( 3 chủng) Actinomyceles ( 5 chủng ) Streptomyces ( 12 chủng ) S. viridochromogenes s. lonwoodensis bacillus sp.( 9 chủng ) hỗn hợp vi khuẩn hỗn hợp vi khuẩn hỗn hợp vi khuẩn citrobacter sp. Citrobacter sp Cadmium Đồng Bạc Uranium Uranium Uranium Uranium Uranium Uranium Cadmium Đồng Bạc Chì Cadmium 0,2 < 0,05 – 0,5 0,7 – 4,4 8-9 8-9 2-14 30 44 3-5 0,22 30 32 34-40 13,5 LƯỢNG TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA MỘT SỐ VSV (Trích : “Cơ sở công nghệ môi trường-NXB: Khoa học kỹ thuật) SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG BẰNG VSV VÀ TẢO Kim loại Hiệu quả khử (%) Kim loại Hiệu quả khử (%) Nhôm Cadmium Crom Đồng Sắt 70 – 98 30 – 92 63 – 99 69 – 93 87 - 98 Chì Mangan Thủy ngân Niken Kẽm 42-100 25 – 31 68 – 100 25 – 74 44 – 100 (Trích : “Cơ sở công nghệ môi trường-NXB: Khoa học kỹ thuật)  Giai đoạn I: Tích tụ các kim loại nặng và sinh khối, làm giảm nồng độ các kim loại này có ở trong nước.  Giai đoạn II: Sau quá trình phát triển ở mức tối đa sinh khối, vi sinh vật thường lắng xuống đáy bùn hoặc kết thành mảng nổi trên bề mặt và cần phải lọc hoặc thu sinh khối ra khỏi môi trường nước. HAI GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Ở VI KHUẨN •Một số loài thực vật có khả năng hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ phận khác nhau. •Theo tài liệu nghiên cứu, thế giới có ít nhất 400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ kim loại. •Các loài này là thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác. •Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường. PP XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG NHỜ KHẢ NĂNG HẤP THỤ CỦA THỰC VẬT THỰC VẬT Cỏ Vertiver Cây dương xỉ Cải xoong Cây thơm ổi MỘT SỐ THỰC VẬT CÓ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP PHỤ KIM LOẠI NẶNG Vật liệu hấp thụ kim loại nặng Cát DIOXIT Mangan Hạt xúc tác aluwat Chitin thô 10% Zeolite 10% (theo lượng khô)