Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải chất hữu cơ

MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU Đặt vấn đề. …………………………………………………...……..1 Mục tiêu và yêu cầu. …………………………………………...…...1 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Phế thải. …………………………………………………………..….. 2 2.1.1. Phế thải là gì ? …………………………………………………..…..2 2.1.2. Nguồn gốc phế thải. ……………………………………………..…..2 2.1.3. Nguyên nhận tạo ra phế thải. ………………………………….…….3 2.1.4. Phân loại phế thải. ………………………………………………..….3 2.1.5. Tác hại và tác dụng của phế thải. ………………………………...….3 2.2. Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ. ……………………………….….4 2.2.1. Phương pháp sản xuất khí sinh học (Giogas). ………………….……4 2.2.2. Phương pháp ủ phế thải thành đống lên men có đảo trộn. …………..5 2.2.3. Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn và có thổi khí.....6 2.2.4. Phương pháp lên men trong các thiêt bị chứa………………………..6 2.2.5. Phương pháp lên men trong lò quay……………………………….…7 2.2.6. Phương pháp xử lý rác thải hữu cơ công nghiệp…………………..…7 2.2.7. Phương pháp ủ rác thải hữu cơ làm phân ủ…………………….…….7 2.3. Chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ…………….8 Chế phẩm vi sinh Biovina………………………………………………8 2.4. Xử lý rác thải công nghệ USA………………………………………….8 PHẦN III: KẾT LUẬN Tài liệu tam khảo: PHẦN I MỞ ĐẦU Đặt vấn đề. Ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên vấn đề toàn cầu. Ở nước ta, trước đây ô nhiễm môi trường chủ yếu xảy ra ở một số khu vực như đo thị đông dân cư, một vài nơi khai thác khoáng sản, khu vực chăn nuôi,… Nhưng hiện nay ô nhiễm xảy ra phổ biến ở mọi nơi và trên mọi môi trường đất, nước, không khí. Để xử lý ô nhiễm môi trường người ta có rất nhiều biện pháp, nhưng tùy theo từng điều kiện cụ thể mà áp dụng phương pháp nào cho hiệu quả. Hiện nay biện pháp sinh học trong xử lý ô nhiếm môi trường đang rất phổ biến và được triển khai mạnh. Trong lĩnh vực này, vi sinh vật môi trường đang là phương pháp tiếp cận nghiên cứu tốt nhất của thế giới, tập trung vào việc phân lập vi sinh vật từ tự nhiên hay tạo ra các chủng giống vi sinh vật mới, có khả năng nuôi dưỡng, tạo thành các chế phẩm sinh học, việc sử dụng các chủng vi sinh vật môi trường được coi là biện pháp hữu hiệu nhằm giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm nước thải, rác thải mà các công nghệ trước đây như kỹ thuật kỵ khí, hiếu khí chưa làm được. Tuy nhiên, ở Việt Nam, công nghệ này vẫn chưa được đầu tư đúng mức nên không ít các mô hình hiệu quả chưa được nhân rộng. Nước ta là nước nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu hoạch rất lớn, đa dạng, một số ngành công nghiệp cũng tạo ra một khối lương rác hữu cơ rất lớn từ quá trình sản xuất, và nguồn rác thải phế thải cũng từ sinh hoạt. Nguồn rác thải và phế thải này là một cản trở lớn cho sự phát triển mạnh mẽ của xã hội và chỉ một phần phế thải đó được xử lý đúng quy cách và tận dụng được những lợi ích từ những nguồn rác thải và phế thải này. Biện pháp sinh học để xử lý phế thải là biện pháp tốt ưu nhất và hiệu quả nhất. Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết về việc xử lý các rác thải phế thải hữu cơ, và được sự động ý của TS. Nguyễn Đức Nhuận, chúng em tiến hành tiểu luận: “Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý phế thải hữu cơ”. Mục tiêu và yêu cầu. Giới thiệu thêm một số loại vi sinh vật có lợi trong công tác xử lý, giới thiệu và hiểu được cả phương pháp xử lý phế thải. Hiểu được và nắm rõ một cách đầy đủ nhưng 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. Nắm 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 và thành các sản phẩm khác có ích cho cuộc sống. PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Phế thải. 2.1.1. Phế thải là gì ? Phế thải là sản phẩm loại bỏ được thải ra trong quá trình hoạt động, sản xuất, chế biến của con người. 2.1.2. Nguồn gốc phế thải. Phế thải có nhiều nguốn gốc khác nhau: rác thải sinh hoạt, rác thải đô thị, rác thải nông nghiệp, rác thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt. nước thải công nghiệp v.v… Phế thải sinh hoạt là tập hợp không đồng nhất. Tính không đồng nhất biểu hiện ngay ở sự không kiểm soát được của các nguyên liệu ban đầu dùng cho sinh hoạt và thương mại. Sự không đồng nhất này tạo ra một số đặc tính rất khác biệt trong các thành phần của rác thải sinh hoạt. Rác thải sinh hoạt VN: Thành phần hữu cơ chiếm 55 – 65%. Cấu tử phi hữu cơ (Kim loại, thủy tinh, rác xây dựng…) chiếm 12 – 15%. Thành phần khác chiếm 20 – 23%. Thành phần rác thải sinh hoạt tại phường Quang Trung – TP Thái Nguyên năm 2006. Chất hữu cơ (%) Giấy bìa, Giấy báo (%) Nhựa, Túi nilon (%) Thủy tinh (%) Kim loại (%) Xỉ than (%) Các tạp chất khác (%) 73,52 2,14 7,32 0,28 0,07 7,43 9,27 (Theo TS.Hoàng Hải, Dương Minh Ngọc – Đh Nông Lâm TN năm 2006) Rác thải nông nghiệp: Là chế phẩm bỏ đi của quá trình sản xuất và chế biến trong nông nghiệp, tàn dư thực vật… chứa nhiều hợp chất xơ sợi khó phân giải. Thành phần của rác thải, phế thải nông nghiệp: Cellulose. Cellulose là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật. Trong phế thải, cellulose thường tồn tại ở các dạng sau: Phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, vỏ lạc, vỏ trấu, lõi thân ngô… Phế liệu công nghiệp thực phầm: vỏ và xơ quả, bã mía, bã cà phê, bã sắn… Phế liệu công nghiệp chế biến gỗ: rễ cây, mùn cưa, gỗ vụn… Cơ chế phân giải cellulose: Những vi sinh vật phát triển trên hợp chết chứa cellulose tiết ra các loại enzyme thích hợp để phân hủy và chuyển hóa cellulose. Cellulose tự nhiện Endoglucanaza Cellulose hoạt động Exoglucanaza Cellulose hòa tan Cellobioza Glucose Hemicellulose Hemicellulose có khối lượng khá lớn trong phế thải, chỉ đứng sau cellulose. Cơ chế phân giải hemicellulose: Phần lớn hemicellulose có tính chất tương đồng với cellulose, do đó cơ chế phân giải hemicellulose cũng tương tự như phân giải cellulose. Tuy nhiên, hemicellulose có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn, kém bền vững hơn nên svi sinh vật dễ phân giải và phân giải nhanh hơn so với cellulose. Ligin Là những hợp chất cao phân tử cso thành phần và cấu trúc phức tạp. Cơ chế phân giải ligin: Vi sinh vật tiết enzyme phân giải lignin có khoảng 15 loại nhưng các enzyme đóng vai trò chủ chốt là: Ligninaza, lignin pezocydaza, mangan pezocydaza và laccaza. Nguyên nhân tạo ra phế thải. Do dân số tăng nhanh. Trình độ hiểu biết của người dân còn thấp. Ý thức, trách nhiệm còn kém. Các cấp chính quyền địa phương còn làm ngơ đối phó và hình thúc trong công tác quản lý môi trường. Quá trình đô thị hóa diễn ra quá mạnh mẽ. 2.1.4. Phân loại phế thải. Phế thải rất đa dạng nhưng có thể xếp thành 3 nhóm: Phế thải hữu cơ Phế thải rắn Phế thải lỏng. 2.1.5. Tác hại và tác dụng của phế thải. Tác hại: Làm ô nhiễm môi trường nghiệm trọng: ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất … Gây độc hại cho sức khỏe còn người, vật nuôi và câu trồng. Làm mất cảnh quan văn hóa v.v… Tác dụng: Một số loại phế thải, rác thải có thể dung để tái chế; rác sau khi xử lý có thể dùng để làm phân bón v.v… 2.2. Phương pháp xử lý phế thải hữu cơ. 2.2.1. Phương pháp sản xuất khí sinh học (Giogas): - Nguyên tắc phân huỷ sinh học của những vật chất hữu cơ khó tan trong điều kiện không có không khí được các vi sinh vật phân giải thành các chất dễ tan, sau đó lại được chuyển hóa tiếp thành các khí trong đó chủ yếu là khí metan. Do đó hệ thống nén yếm khí được chế tạo để khử tất cả phế thải hữu cơ, bùn hữu cơ, cùng phân chuồng để cho ra khí methane và một số khí khác.  Ưu điểm: + Thu được nhiều loại khí làm chất đốt. + Không làm ô nhiễm môi trường. + Phế thải sau khi xử lý được chuyển hóa thành phân hữu cơ có hàm lượng chất dinh dưỡng cao được dùng để bón cho cây trồng. - Nhược điểm: + Khó lấy được các chất thải sau khi lên men. + Thực hiện phức tạp. + Vốn đầu tư lớn. + Năng suất thấp. + Khó khăn trong việc tuyển chon nguyên liệu. - Theo nghiên cứu ở Việt Nam thì lượng khí mêtan sinh ra từ 1kg nguyên liệu là : với phân trâu bò - khoảng 20 - 32 lít khí; phân lợn: 40 – 60 lít; phân gia cầm: 50 - 60 lít; phân người: 60 – 70 lít. Nếu dùng thêm nguyên liệu thực vật thì lượng khí sinh ra rất thấp ( 0,3 - 0,5 lít khí với 1kg bèo tây và 1,5 - 2,0 l khiứ với 1kg rơm rạ) và lại dễ làm tắc ống dẫn khí, ống dẫn nước phân, do đó chỉ nên sử dụng để ủ với nước phân của bể Khí sinh học ( Biogas). Khi dùng nước phân của bể Khí sinh học ( Biogas) để ủ thì nên phơi héo, băm nhỏ rơm rạ, cỏ, bèo tây… rồi trộn với 0,5 - 0,7% vôi bột, tưới đều nước phân cho thấm vừa đủ ( thường gấp 3 lần trọng lượng nguyên liệu), ủ thành đống và hàng ngày tưới thêm 15 l/100kg nguyên liệu. Sau 2-3 tuần cần đảo trộn và bổ sung thêm 2 - 5% phân supe lân rồi lại ủ tiếp. Sau 45 - 60 ngày có thể dùng rất có hiệu quả để bón cho các loại cây trồng . 2.2.2. Phương pháp ủ phế thải thành đống lên men có đảo trộn. - Rác được chất thành đống cao 1,5 – 2,0m, đảo trộn mỗi tuần một lần, nhiệt độ ủ là 55 - 60ºC, độ ẩm 50 – 70%, sau 3 – 4 tuần tiếp không đảo trộn. Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện. Nhược điểm: Mất vệ sinh, gây ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm không khí. 2.2.3. Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn và có thổi khí. - Phế thải được chất thành đống cao 1,5 – 2,0m. Phía dưới lắp đặt 1 hệ thống phân phối khí, nhờ có quá trình thooit khí cưỡng bức, mà các quá trình chuyển hòa được nhanh hơn, nhiệt độ ổn định, ít ô nhiễm môi trường. Ưu điểm: Các quá trình chuyển hòa nhanh, nhiệt độ ổn định, ít ô nhiễm môi trường. 2.2.4. Phương pháp lên men trong các thiêt bị chứa. - Phế thải được đưa vào các thiết bị chứa có dung tích khác nhau để lên men. - Lượng khí và nước thải sinh ra trong quá trình lên men được kiểm soát chặt chẽ. - Các vi sinh vật được tuyển chọn bổ sung cho hệ vi sinh vật tự nhiên trong thiết bị chứa. Nên quá trình xảy ra nhanh, ít bị ô nhiễm. 2.2.5. Phương pháp lên men trong lò quay. - Phế thải được thu gom, phân loại đập nhỏ bằng búa đưa vào lò quay nghiền với độ ẩm 50 – 60%. - Khi quay phế thải được đảo trộn do đó không phải thổi khí. - Rác sau khi lên men được ủ chin thành đống trong vòng 20 – 30 ngày. - Ưu điểm: nhanh chóng. - Nhược điểm: Thực hiện phức tạp. 2.2.6. Phương pháp xử lý 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. 2.2.7. Phương pháp ủ rác thải hữu cơ làm phân ủ. - Ưu điểm: Rác thải được tái chế thành sản phẩm cũng cấp cho nông nghiệp. - Nhược điểm: + Vốn chi phí vận hành, diện tích sử dụng khá lớn. + Phân loại và tuyển chọn mất nhiều công. 2.3. Chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong xử lý phế thải hữu cơ. Chế phẩm vi sinh Biovina. - Đây là kết quả ứng dụng do bộ môn công nghệ sinh của Khoa Công nghệ hóa học và dầu khí Trường Đại học Bách khoa TPHCM đã nghiên cứu sử dụng chế phẩm này để xử lý rác sinh hoạt và ứng dụng vào một số lĩnh vực khác, phục vụ sản xuất và đời sống. Theo đó, 100 ký mạt dừa sử dụng 1,5 ký Biovina, trộn chúng với nước  trong một thời gian sẽ cho ra đất mùn sinh học. Thời gian xử lý của Biovina chỉ mất 4 ngày so với mạt dừa tự hủy trong môi trường mất 8 tháng trở lên. Và đc ứng dụng trong bóc vỏ hạt tiêu, thời gian ủ mới này đã giảm thời gian ủ từ 10 ngày xuống còn 4 ngày, tỷ lệ chế phẩm Biovina 6%, pH môi trường lên men là 7,2%, nhiệt độ 42ºC. Bóc vỏ bằng phương pháp mới này chất lượng tiêu không thay đổi.Ngoài ra, chế phẩm vi sinh vật còn xử lý được rác sinh hoạt. Thời gian xử lý từ 2 đến 3 ngày giúp giảm lượng rác xuống 1/3 và không có mùi hôi thối. - Chế phẩm được dùng để xử lý chất thải tạo ra phân hữu cơ vi sinh. - Giống vi sinh biovi 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 kiện 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. 2.4. Xử lý rác thải công nghệ USA. - Sản phẩm của công nghệ vi sinh này là phân bón compos plus. - Công nghệ này xử lý triệt để các độc tố lẫn vào rác như chất thải dầu mỡ, dầu động vật, chất thải bùn quánh từ các hầm cầu. - Compos plus đã khác phục được những tác hại do phân hóa học gây ra không gậy độc hại cho người và các sinh vật khác, tăng độ màu mỡ của đất, giúp cây tròng được nuôi dưỡng bằng các chất dinh dưỡng tự nhiên do các vi sinh vật tạo ra, không cần sử dụng thêm thuốc bảo vệ thực vật nên không gây ô nhiễm môi trường, nông phẩm sạch hơn, không gây bệnh cho người. - Được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam tử năm 1998. PHẦN III KẾT LUẬN Rác thải là một trong những vấn đề nhức nhối của xã hội, làm sao để giải quyết lượng rác thải khổng lồ từ những khu công nghiệp, nông nghiệp, rác thải sinh hoạt ? Biện pháp nào đem lại hiệu quả tốt nhất, triệt để nhất ? Phải làm sao cho những hình ảnh trên không còn nữa, thay vào đó là một môi trường trong sạch hơn an toàn hơn, than thiện hơn. Đòi hỏi chúng ta thực hiện tốt và không chỉ là những tìm kiếm một phương pháp hiệu quả, mà cần hơn nữa là ý thức của mỗi người trong việc giữ gìn và bảo vể ngôi nhà chung của chúng ta. Nguồn tài nguyên thiên nhiên hiện nay con người sử dụng đang ngày càng cạn kiệt trong khi đó con người lại không thấy nguồn tài nguyên quý giá ngay bên cạnh mình. Rác thải sẽ là nguồn tài nguyên quý giá nếu như ta biết cách xử lý và chế biến. Tài liệu tam khảo: Bài giảng Biện pháp sinh học trong xử lý môi trường – GS.TS. Nguyễn Thế Đặng (2011). Vi sinh vật học nông nghiệp – Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Thị Hiền (2007) – NXB ĐH Sư Phạm. Bể khí sinh học ( Biogas ), món quà thiết thực cho nông dân – GS. Nguyễn Lân Dũng. Tiểu luậnVi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải hữu cơ – Nguyễn Hữu Hưng, Trương Thị Yến lớp CNSH – K40B (2009). Một số hình ảnh mang tính chất minh họa.