Ứng dụng pseudomonas trong xử lý nước thải seminar môn vi khuẩn học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN NHÓM 2 LỚP DH11SH ỨNG DỤNG Pseudomonas TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SEMINAR MÔN VI KHUẨN HỌC Khóa học: 2010 - 2014 An Giang, 2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN NHÓM 2 LỚP DH11SH ỨNG DỤNG Pseudomonas TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SEMINAR MÔN VI KHUẨN HỌC Khóa học: 2010 - 2014 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS. Bằng Hồng Lam DANH SÁCH NHÓM 1. Nguyễn Hoàng Nhựt Lynh 2. Bung San Ny Thanh Hồng Anh 3. Hoàng Nguyễn Trung Nghĩa 4. Nguyễn Viết Thanh 5. Lê Hoàng Yên 6. Nguyễn Ngọc Hồ An Giang, 2013 i Mục lục Nội dung Trang Mục lục ................................................................................................................ i Danh sách hình ................................................................................................... ii Chương 1 Đặt vấn đề ....................................................................................... 1 Chương 2 Nội dung .......................................................................................... 2 2.1. Tổng quan về vi khuẩn Pseudomonas ..................................................... 2 2.1.1. Phân loại ................................................................................................... 2 2.1.2. Đặc điểm .................................................................................................. 2 2.2. Tổng quan về nước thải ............................................................................ 3 2.2.1. Định nghĩa ................................................................................................ 3 2.2.2. Phân loại nước thải ................................................................................... 3 2.2.3. Các chất gây nhiễm bẩn nước .................................................................. 3 2.3. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học ............................................... 4 2.3.1. Cơ sở sinh học trong xử lý nước thải ....................................................... 4 2.3.2. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa .................................... 4 2.3.3. Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải .. 5 2.3.4. Ưu nhược điểm của biện pháp sinh học trong xử lý nước thải ................ 6 2.4. Sử dụng vi khuẩn Pseudomonas trong xử lý nước thải ......................... 6 2.4.1. Quá trình phân hủy hiếu khí ..................................................................... 6 2.4.2. Quá trình phân hủy kị khí........................................................................ 8 2.5. Quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật ............................................. 9 2.5.1. Các bước cơ bản trong xử lý nước thải bằng vi khuẩn ............................ 9 2.5.2. Một số quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật ................................. 11 Chương 3 Kết luận ......................................................................................... 12 Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 13 ii Danh sách hình Nội dung Trang Hình 1: Pseudomonas dưới kính hiển vi điện tử ................................................ 2 Hình 2: Nước thải thải sinh hoạt (trái) và nước thải công nghiệp (phải) ........... 3 Hình 3: Quá trình phân giải kị khí ..................................................................... 9 Hình 4: Sơ đồ mô tả hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính .................. 11 1 Chương 1 Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển như vũ bão của kinh tế, khoa học công nghệ thì tình trạng ô nhiễm môi trường đang dần trở thành vấn đề nhức nhối và nổi cộm của tất cả các quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Trong vấn đề nổi cộm đó thì ô nhiễm nguồn nước trở thành tâm điểm khi nó đe dọa trực tiếp lên sự sống của nhân loại hơn cả vì nó ngày càng làm cho nguồn nước sinh hoạt cũng như ăn uống của con người ngày càng ít lại. Dẫn đến một hệ quả tất yếu là con người đang đứng trước bờ vực của “sự chết khát”. Đã từ rất lâu, con người chúng ta đã khám phá ra khả năng kỳ diệu của các loài vi sinh vật có thể phân hủy các chất thải do con người tạo ra và chủ động sử dụng chúng như những hệ thống phân hủy trong tự nhiên. Do đó các nhà khoa học đã thiết kế nên các hệ thống xử lý nước thải với sự tham gia đắc lực và hữu hiệu của vi sinh vật. Một trong những loài vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trong quá trình xử lí đó là Pseudomonas. Với khả năng phân hủy tinh bột, protein, lên men được nhiều loại đường và tạo màng nhầy thì Psedomonas. ngày càng trở thành một trong những loài vi sinh vật không thể thiếu được trong quy trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học. 2 Chương 2 Nội dung 2.1. Tổng quan về vi khuẩn Pseudomonas 2.1.1. Phân loại Lĩnh giới (Domain) : Bacteria Ngành (Phylum) : Proteobacteria Lớp (Class) : Gammaproteobacteria Bộ (Ordo) : Pseudomonadales Họ (Familia) : Pseudomonadaceae Chi (Genus) : Pseudomonas 2.1.2. Đặc điểm Vi khuẩn Pseudomonas thường là vi khuẩn Gram âm, hình que. Có chiên mao ở cực nên có khả năng lội tốt trong nước, không có khả năng tạo bào tử. Pseudomonas là vi khuẩn sống tự do, chúng hiện diện khắp nơi như trong đất, trong nước, thực vật, động vật, một số làm hư thực phẩm. Chúng có khả năng hô hấp hiếu khí hay kỵ khí trong môi trường không có oxi. Nhiệt độ thuận lợi để chúng phát triển là 30 - 370C. Theo Lương Đức Phẩm (2009), thì tất cả Pseudomonas đều có hoạt tính amilaza và proteaza, đồng thời lên men được nhiều loại đường và tạo màng nhầy. pH môi trường dưới 5,5 sẽ kìm hãm vi khuẩn Pseudomonas phát triển và kìm hãm sinh tổng hợp proteaza. Nồng độ muối trong nước từ 5 - 6 % thì sinh trưởng của vi khuẩn này bị ngưng trệ. Hình 1: Pseudomonas dưới kính hiển vi điện tử (Nguồn: http:www.texbookofbacteriology.net/Pseudomonas.ect.html) 3 2.2. Tổng quan về nước thải 2.2.1. Định nghĩa Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), thì nước thải (wastewater) là loại nước trải qua sử dụng, làm biến đổi tính chất lý học, hóa học và sinh học. 2.2.2. Phân loại nước thải Theo Lương Đức Phẩm (2009), thì theo nguồn gốc phát sinh, nước thải thành hai loại: 2.2.2.1. Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt hay là nước thải từ khu 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… Nó được hình thành trong quá trình hoạt động sống của con người và các hoạt động khác không phải là hoạt động sản xuất (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị thùy Dương, 2003). 2.2.2.2. Nước thải công nghiệp Nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vận tải… Hình 2: Nước thải thải sinh hoạt (trái) và nước thải công nghiệp (phải) 2.2.3. Các chất gây nhiễm bẩn nước Các chất hữu cơ bền vững. Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy, chủ yếu là do tác nhân sinh học (vi sinh vật). Các kim loại nặng. Các ion vô cơ. Dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt. Các chất có mùi hoặc màu. Các chất rắn. Các chất phóng xạ. Các vi sinh vật. 4 2.3. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 2.3.1. Cơ sở sinh học trong xử lý nước thải Nguyên tắc xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học dựa chính vào sự hoạt động sống của vi sinh vật có khả năng phân giải các chất hữu cơ hoặc vô cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện quá trình sinh trưởng phát triển của chúng (Lê Gia Hy, 2010). Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. (Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 2009). Biện pháp sinh học làm sạch nước thải là quá trình công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp có lượng lớn nhiễm bẩn, song với nồng độ các chất thấp (Lê Gia Hy, 2010). Theo Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2009), thì nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD và COD. Để xử lý bằng phương pháp này thì nước thải cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá quá nồng độ cho phép và có tỷ số BOD/COD ≥ 0,5. Trong đó: - Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD-Biochemical oxigen Demand) là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. - Nhu cầu oxi hóa học (COD-Chemical oxigen Demand) là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước. Theo Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2009) người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau. Song nhìn chung có thể chia thành hai loại sau: - Phương pháp hiếu khí là phương pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 200C - 400C. - Phương pháp yếm khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí. 2.3.2. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải hay nói đúng hơn là việc thu hồi các chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn đó là một quá trình gồm ba giai đoạn: 5 - Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử. - Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào. - Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng. Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hóa các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải. Theo Lương Đức Phẩm (2009), thì cơ chế quá trình phân hủy các chất trong tế bào vi sinh vật được tóm tắt như sau: Hợp chất bị oxi hóa trước tiên là cacbonhidrat (đường bột) và một số chất hữu cơ khác. Nếu tinh bột hấp thụ trên bề mặt tế bào vi sinh vật theo cơ chế cảm ứng, tế bào vi sinh vật tiết ra hệ enzyme amilaza thủy phân tinh bột thành đường. Đối với protein sẽ có enzyme proteinaza xúc tác phân hủy thành các polypeptit, pepton, axit amin và NH4 +. Đối với chất béo sẽ có lipaza phân hủy thành các axit béo, glyxerin. Các sản phẩm là đường, rượu và một số chất hữu cơ bị oxi hóa trong tế bào nhờ hệ enzyme oxi hóa - khử dehidrogenaza. Các enzyme này tách H+ ra khỏi phân tử enzyme kết hợp với oxi tạo thành nước. Nhờ có hidro và oxi ở trong nước các phản ứng oxi hóa - khử giữa các nguyên tử cacbon mới xảy ra. Đường, rượu và một số chất hữu cơ khác là sản phẩm đặc trưng của quá trình oxi hóa nhờ vi sinh vật hiếu khí. Các chất này khi phân hủy sẽ tạo thành CO2 và H2O. 2.3.3. Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải Yếu tố quan trọng nhất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng bùn hoạt tính hoặc màng sinh học (Trần Thị Thanh, 2000). 2.3.3.1. Bùn hoạt tính Bùn hoạt tính bao gồm các túi nhỏ màu nâu thẫm có kích thước từ vài chục đến vài trăm micromet. Nó bao gồm 30 % các chất vô cơ và 70 % là vi sinh vật sống. Cơ thể vi sinh vật sống cùng với các chất mang quện lại với nhau tạo thành dạng keo tụ - một quần lạc sinh vật bao bọc bởi một màng nhày xung quanh. Theo Bukov et al. (1987), thì trong bùn hoạt tính có thấy nhiều vi sinh vật khác nhau: Actinomyces, Arthrobacter, Baccillus, Bacterium, Coryne- bacterium, Deslfotomacillium, Micrococcus, Psedomonas, Sarcina… Trong 6 đó, số lượng nhiều nhất là các loài thuộc chi Psedomonas. Chúng oxy hóa rượu, acid béo, paraffin, hydrocacbon nhân thơm và các hợp chất khác (Lê Gia Hy, 2010). 2.3.3.2. Màng sinh vật Màng sinh vật phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 - 3 mm hoặc hơn. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải, từ màu vàng xám đến nâu tối. Màng sinh vật cũng bao gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc và một số động vật nguyên sinh khác. Trong quá trình xử lí, nước thải sau khi qua bể lọc sinh vật có mang theo các hạt của màng sinh vật với các hình dạng khác nhau, kích thước từ 15 - 30 µm, có màu xám và nâu (Trần Thị Thanh, 2000). 2.3.4. Ưu nhược điểm của biện pháp sinh học trong xử lý nước thải 2.3.4.1. Ưu điểm Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ rộng. Hệ thống có thể tự điều chỉnh phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ các chất nhiễm bẩn. Thiết kế các trang thiết bị đơn giản. Chi phí của phần thực nghiệm không cao. 2.3.4.2. Nhược điểm Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng các thiết bị của hệ thống làm sạch cao. Phải có chế độ công nghệ sinh học hoàn chỉnh. Một vài chất hữu cơ có độc tính ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất làm sạch. Cần làm loãng các nguồn nước có nồng độ các chất hữu cơ cao, do vậy làm tăng lượng nước thải. 2.4. Sử dụng vi khuẩn Pseudomonas trong xử lý nước thải Các quá trình phân hủy của Pseudomonas trong xử lý nước thải. 2.4.1. Quá trình phân hủy hiếu khí Theo Eckenfelder W.W. và Conon D.J. (1961) quá trình phân hủy hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn biểu thị bằng các phản ứng: - Oxi hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + ΔH - Tổng hợp xây dựng tế bào CxHyOz + O2 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ΔH 7 - Tự oxi hóa chất liệu tế bào C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ΔH Trong đó: ΔH là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào. Pseudomonas thường gặp ở hầu hết các loại nước thải. Chúng hầu như có thể đồng hóa được mọi chất hữu cơ, kể cả các hợp chất hữu cơ tổng hợp và sống khá lâu trong môi trường nước. Vì vậy, Pseudomonas phải tính đến trước tiên trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ của các công trình vệ sinh và nước thải (Lương Đức Phẩm, 2009). Pseudomonas có khả năng tổng hợp các enzyme để phân hủy các chất hữu cơ trong nước. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra bên ngoài tế bào do các enzyme thủy phân như amilaza phân hủy tinh bột, proteaza phân hủy protein, lipaza phân hủy chất béo… thành các sản phẩm có khối lượng phân tử thấp có thể đi qua màng vào bên trong tế bào. Các chất này được tiếp tục phân hủy hoặc chuyển thành các chất vật liệu xây dựng tế bào mới. Quá trình phân hủy cụ thể như sau: Các hợp chất chứa nitơ có trong nước thải, vi khuẩn Peudomonas sẽ phân hủy rất nhanh. Quá trình phân hủy này xảy ra do enzyme protease của vi khuẩn tạo ra. Các enzyme này là những enzyme ngoại bào, chúng được tổng hợp trong tế bào và thoát ra khỏi tế bào để phân giải protein thành các peptit ngắn và các axit amin. Các axit amin tan trong nước và lại tiếp tục phân giải thành NH3, H2S, skatole, indol, CO2, H2O, các chất khí sẽ thoát ra khỏi nước thải vào không khí. Các chất khó tạo mùi H2S, skatole, indol thường làm ô nhiễm không khí. Phần lớn các peptit ngắn và các axit amin sẽ khuếch tán vào tế bào vi khuẩn và tại đây chúng lại tham gia trao đổi chất. Các peptit ngắn sẽ tiếp tục phân hủy để tạo thành các axit amin, các axit amin sẽ được chuyển thành NH3, NH3 là chất độc đối với vi sinh vật và chúng thoát ra khỏi tế bào vào môi trường. Quá trình phân giải protein ngoại bào không có ý nghĩa năng lượng đối với Pseudomons mà có ý nghĩa về cung cấp vật liệu xây dựng. Do đó, khi protein bị phân hủy ở môi trường nước thải, không thấy hiện tượng tăng nhiệt. Quá trình phân hủy hydratcacbon tạo ra một năng lượng rất lớn. Khi đó, môi trường nước thải sẽ thấy nhiệt độ tăng theo quá trình chuyển hóa. Trong trường hợp này, tinh bột sẽ chuyển hóa thành đường, sau đó đường sẽ thẩm thẩu vào bên trong tế bào vi khuẩn và tiếp tục quá trình đường phân và tham gia vào quá trình tổng hợp vật chất cho cơ thể. 8 Năng lượng chuyển hóa hydratcacbon ở ngoài tế bào vi khuẩn không có ý nghĩa nhiều đối với vi khuẩn. Trong nhiều trường hợp, chính năng lượng quá dư thừa này làm tăng nhiệt độ nước thải và làm ảnh hưởng xấu đến tế bào vi khuẩn. Riêng năng lượng tạo ra do quá trình đường phân xảy ra trong tế bào vi khuẩn lại có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với tế bào vi khuẩn. Nhờ năng lượng này mà tế bào vi khuẩn thực hiện rất nhiều phản ưng trong tế bào. Một phần năng lượng đường phân được dự trữ trong ATP. Năng lượng ATP vừa là năng lượng dự trữ, vừa là năng lượng điều hòa (Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003). Bên cạnh đó còn Pseudomonas có quá trình oxi hóa khử do hệ enzyme nội bào xúc tác. Hệ thống này rất quan trọng, vì chúng đảm bảo cho đời sống và phát triển của Pseudomonas. Sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước. Pseudomonas còn tham gia vào quá trình chuyển hóa nitrat (NO3 -) thành nitơ phân tử (N2) bay vào không khí. Quá trình này diễn ra theo 2 bước sau: - Chuyển hóa nitrat thành nitrit. - Tạo ra nitơ oxit, dinitơ oxit và khí nitơ. 2.4.2. Quá trình phân hủy kị khí Theo Lương Đức Phẩm (2009), thì quá trình phân giải kị khí gồm 2 giai đoạn: - Giai đoạn thủy giải: Pseudomonas tiết ra enzyme để thủy phân các hợp chất hữu cơ tương tự như phân hủy hiếu khí. - Giai đoạn tạo khí: Sản phẩm thủy giải sẽ tiếp tục bị phân giải và tạo thành sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các khí chủ yếu là CH4 và CO2. Ngoài ra còn tạo ra một số khí khác như H2S, H2, N2 và một ít muối khoáng. Các hidratcacbon bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất, hầu hết chuyển thành CH4 và CO2. Các hợp chất hữu cơ hòa tan bị phân hủy gần như hoàn toàn: Axit béo tự do được phân hủy tới 80 - 90 %, axit béo loại este được phân hủy 65 - 68 %. Riêng lignin là hợp chất hữu cơ khó phân giải nhất, nó là nguồn tạo ra mùn. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kị khí sinh ra sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí, trong đó CH4 chiếm tới 60 - 75 %. Vì vậy, quá trình này còn được gọi là lên men metan. Lên men metan gồm 2 pha điển hình: Pha axit và pha kiềm ứng với 2 giai đoạn phân hủy đã khảo sát ở trên. 9 Hình 3: Quá trình phân giải kị khí Ở pha axit, hidrocacbon rất dễ bị phân hủy và tạo thành các axit hữu cơ có phân tử lượng thấp. Một phần axit béo cũng chuyển thành axit hữu cơ. Đặc trưng của pha này tạo thành axit, pH của môi trường có thể xuống dưới 5 và kèm theo mùi hôi thối. Cuối pha, axit hữu cơ và các chất tan có chứa nitơ tiếp tục bị phân hủy thành các hợp chất amon, amin, muối của axit cacbonic, một lượng nhỏ hỗn hợp khí CO2, N2, CH4, H2… pH của môi trường tăng lên và chuyển đến vùng trung tính và sang kiềm. Mùi rất khó chịu do trong hỗn hợp có chứa H2S, indol, scatol và mercaptan. Ở pha kiềm, các sản phẩm thủy phân của pha axit làm cơ chất cho lên men metan và được tạo thành CO2, CH4. pH của pha này chuyển hoàn tan sang kiềm. Những amin tác dụng với CO2 thành muối cacbonat, tạo cho môi trường có tính đệm rất cao, thậm chí cho thêm nhiều axit vào môi trường, nồng độ H+ vẫn không thay đổi (Lương Đức Phẩm, 2009). Quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kị khí hay là lên men metan là một quá trình phức tạp. Pseudomonas tham gia ở pha axit. 2.5. Quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật 2.5.1. Các bước cơ bản trong xử lý nước thải bằng vi khuẩn 2.5.1.1. Giai đoạn một Loại bỏ các vật liệu có kích thước lớn như xác bả thức ăn, sỏi sạn cát... Bằng cách sử dụng các sông chắn rác, bể lắng ăn (hố ga). Chất hữu cơ phức tạp (Cacbonhydrat, protein, lipit…) Chất hữu cơ đơn giản Axit bay hơi CH4, CO2 Axetat H2, CO2 10 2.5.1.2. Giai đoạn hai Tách rời các chất rắn lơ lửng và chất béo khỏi nước thải bằng cách giữ nước thải yên trong một bể nhiều giờ để các hạt lơ lửng có thể lắng xuống đáy bể và chất béo sẽ nổi lên trên mặt bể. Sau đó chúng sẽ được xử lý như một dạng chất bùn. 2.5.1.3. Giai đoạn ba Cùng vi sinh vật để oxít hóa các chất hữu cơ hòa tan trong nước. Các vi sinh vật thích hợp sẽ được nuôi cấy và cho vào nước thải lọc nhỏ giọt hay bùn hoạt động (activated sludge). Các vi sinh vật sẽ sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn. Có 3 hướng để xử lý hoàn toàn nước thải trong vi sinh vật gần đây. a) Hệ thống phim cố định (màng vi sinh vật) Người ta nuôi cấy vi sinh vật trên các cơ chất như đá, cát hay nylon. Nước thải được phun đều lên bề mặt cơ chất và chảy qua lớp phim vi sinh vật cố định trên cơ chất. Do chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong chất thải được hấp thu bởi vi sinh vật phát triển và dầy lên. Tiêu biểu cho loại hệ thống này là hệ thống lọc nhỏ giọt, lọc cát hệ thống tiếp xúc sinh học xoay. b) Hệ thống phim lơ lững (Bùn hoạt tính) Hệ thống phim lơ lững xoay và trộn các vi sinh vật trong nước thải. Trong khi vi sinh vật hấp thu chất hữu cơ và chất dinh dưỡng từ nước thải, vi sinh vật sẽ tăng trưởng và sinh sản. Sau khi vi sinh vật trộn lơ lững trong nước thải nhiều giờ, chúng bị cố định thành một loại bùn hoạt động. Một phần bùn hoạt động được bơm lại các bể chứa nước thải mới để cung cấp các vi sinh vật giống tiếp tục xử lý nước thải. Các hệ thống phim vi sinh vật lơ lững điển hình là bể bùn hoạt động, bể xục khí, các hố oxit hóa. c) Hệ thống hồ cạn Hệ thống này chứa nước thải trong nhiều tháng để nước thải phân huỷ một cách tự nhiên. Hệ thống xử lý loại nầy có ưu điểm là tận dụng sự thông khí tự nhiên và các vi sinh vật có sẵn để xử lý nước thải. 2.5.1.4 Giai đoạn 4 Đây là giai đoạn loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải. Người ta có thể tiêu diệt các vi sinh vật bằng cách sử dụng chlorine hay dùng tia tử ngoại. Nồng độ cao của chlorine có thể có hại cho các thủy sinh ở ao hồ, sông rạch (Nguyễn Hữu Hiệp, Viện Công nghệ sinh học, đại học cần Thơ, giáo trình vi khuẩn học, 2010) 11 2.5.2. Một số quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật 2.5.2.1. Bùn hoạt tính Nước thải được lắng xuống, sau đó nó được đưa vào bể sục khí cùng với hỗn hợp chất hữu cơ hòa tan. Tại đây vi sinh vật thực hiện phân hủy hữu cơ trong nước thải. Sự thông khí được tạo ra trong quá trình bơm và khuấy trộn. Sau đó, nước thải cùng với sản phẩm phân giải hiếu khí sẽ được chuyển từ bể sục khí sang bể lắng để loại bỏ các chất rắn sinh học. Từ bể lắng, một phần bùn hoạt tính được lưu hồi về bể hiếu khí để tăng cường hoạt tính vi sinh vật. Hình 4: Sơ đồ mô tả hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính (Nguồn: 2.5.2.2. Đĩa quay sinh học Người ta thiết kế một loạt đĩa có kích thước như nhau. Vật liệu dùng làm đĩa là polyvinyl clorit và polystyren. Các đĩa này được lắp trên một trục. Trục này là điểm tựa của chúng được quay với một tốc độ rất chậm (1 - 2 vòng/phút). Người ta thường cho các hệ thống đĩa này vào trong bể chứa nước thải. Đĩa ngập một phần trong nước (30 - 40% đường kính đĩa). Vi sinh vật bám vào bề mặt các đĩa, tạo ra màng sinh vật. Khi quay, các phần đĩa lần lượt được nằm trong nước và phần đối diện nằm trong không khí theo chu kỳ quay như thế sẽ xảy ra các quá trình oxy hóa. Theo thời gian hoạt động, màng sẽ tự động tách ra khỏi đĩa và lắng xuống (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003). 12 Chương 3 Kết luận Pseudomonas là một loài vi khuẩn rất có ích trong việc xử lý nước thải nói riêng và bảo vệ môi trường nói chung. Pseudomonas có khả năng tổng hợp các enzyme để phân hủy các chất hữu cơ trong nước. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra bên ngoài tế bào do các enzyme thủy phân như amilaza phân hủy tinh bột, proteaza phân hủy protein, lipaza phân hủy chất béo… thành các sản phẩm có khối lượng phân tử thấp, bên cạnh đó còn Pseudomonas có quá trình oxi hóa khử do hệ enzyme nội bào xúc tác và tham gia vào quá trình chuyển hóa nitrat (NO3 -) thành nitơ phân tử (N2) bay vào không khí. Chính vì những khả năng đó mà Pseudomonas trở thành một trong những nhân tố hết sức quan trọng trong xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học hiện nay. 13 Tài liệu tham khảo Lê Gia Hy (2010), Giáo trình Công nghệ Vi sinh vật xử lý chất thải, Thành phố Hà Nội: Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam. Lương Đức Phẩm (2009), Công nghệ xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học, Thành phố Hà Nội: Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam. Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), Công nghệ sinh học môi trường - Tập 1: Công nghệ xử lý nước thải, Thành phố Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Nguyễn Hữu Hiệp (2010), Giáo trình vi khuẩn học, Thành phố Cần Thơ: Đại học Cần Thơ. Phạm Thành Hổ (2008), Nhập môn công nghệ sinh học, Thành phố Hà Nội: Nhà xuất bản Giáo dục. Trần Thị Thanh (2000), Công nghệ vi sinh, Thành phố Hà Nội: Nhà xuất bản Giáo dục. Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (2009), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Thành phố Hà Nội: Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.