Báo cáo Chuyên đề Vai trò của công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
\
[
Báo cáo chuyên đề
Công Nghệ Sinh học Môi trường
VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Người thực hiện: Nhóm 1 – Lớp DH07MT
Huỳnh Thị Ánh
Nguyễn Xuân Bách
Phạm Trung Hiền
Đỗ Xuân Hiển
Nguyễn Nhật Nam
Lưu Thị Bích Ngân
Hán Thành Tâm
Võ Minh Thái
Lê Minh Trực
Tháng 10/2009
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Chương I. GIỚI THIỆU...........................................................................................1
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC.........1
1.1.1. Thế giới .............................................................................................................5
1.1.2. Việt Nam ...........................................................................................................7
1.2. HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI.............................................................................................................10
1.3. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI ......................................................................................................10
Chương II. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI .......................................................11
2.1. KHÁI NIỆM NƯỚC THẢI ...............................................................................11
2.2. THÀNH PHẦN LÝ HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI........................................12
2.2.1. Tính chất vật lý................................................................................................12
2.2.2. Tính chất hóa học............................................................................................13
2.3. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM VÀ YÊU CẦU ĐỂ XỬ LÝ ..........13
2.3.1. Các thông số đánh giá .....................................................................................13
2.3.2. Yêu cầu xử lý ..................................................................................................16
Chương III. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI.....................................................................................................19
3.1. PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC ..................................................19
3.1.1. Xử lý tự nhiên .................................................................................................19
3.1.2. Xử lý nhân tạo.................................................................................................23
3.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ........................................................26
3.3. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI..........28
3.4. VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................................................30
3.4.1. Khái niệm vi sinh vật và tầm quan trọng của vi sinh vật................................30
3.4.2. Vi sinh vật chỉ thị trong công trình xử lý nước thải........................................32
Chương IV. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC THẢI.....................35
4.1. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC KỊ KHÍ.................................................35
4.1.1. Giới thiệu.........................................................................................................35
4.1.2. Phân loại..........................................................................................................38
4.1.3. Động học cho quá trình kỵ khí........................................................................42
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
4.2. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ............................................41
4.2.1. Giới thiệu.........................................................................................................41
4.2.2. Phân loại..........................................................................................................45
4.2.3. Động học cho quá trình hiếu khí.....................................................................47
4.3. MÀNG SINH HỌC............................................................................................50
4.3.1. Cấu tạo và hoạt động của màng ......................................................................50
4.3.2. Những đặc tính sinh học .................................................................................55
4.3.3. Những đặc tính sinh học về sự loại bỏ cơ chất ...............................................57
4.3.4. Ưu và khuyết điểm của màng .........................................................................57
4.3.4.1. Ưu điểm........................................................................................................57
4.3.4.2. Khuyết điểm.................................................................................................60
Chương V. PHÂN LOẠI NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ...62
5.1. BẢN CHẤT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ ...................................................................62
5.2. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ..................................................................62
5.3. NƯỚC THẢI SINH HOẠT ...............................................................................64
5.3.1. Thành phần tính chất.......................................................................................64
5.3.2. Phương pháp xử lý ..........................................................................................69
5.3.3. Kết quả thu được.............................................................................................70
5.4. NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP..........................................................................71
5.4.1. Thành phần tính chất.......................................................................................71
5.4.2. Phương pháp xử lý ..........................................................................................74
5.4.3. Kết quả thu được.............................................................................................74
5.5. NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ .......................................................................................75
5.5.1. Thành phần tính chất.......................................................................................75
5.5.2. Phương pháp xử lý ..........................................................................................76
5.5.2.1. Xử lý sinh học để làm sạch BOD.................................................................76
5.5.2.2. Loại bỏ Nitrat bằng sinh học........................................................................78
5.5.2.3. Loại bỏ Phosphat bằng sinh học ..................................................................79
5.5.3. Kết quả thu được.............................................................................................79
Chương VI. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH HÓA MỸ PHẨM ...............................80
6.1. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MỸ PHẨM ..........................................................80
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
6.1.1. Định nghĩa.......................................................................................................80
6.1.2. Phân loại..........................................................................................................80
6.2. NGUYÊN LÝ SẢN XUẤT MỸ PHẨM ...........................................................81
6.3. NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT MỸ PHẨM.........................................82
6.3.1. Chất hoạt động bề mặt.....................................................................................83
6.3.2. Phẩm màu dùng trong mỹ phẩm .....................................................................83
6.3.3. Dầu mỡ............................................................................................................84
6.4. QUY TRÌNH SẢN XUẤT.................................................................................85
6.4.1. Sản xuất xà phòng tắm....................................................................................85
6.4.2. Sản xuất dầu gội đầu .......................................................................................86
6.4.3. Sản xuất sữa tắm .............................................................................................87
6.5. THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ....................................................88
6.6. HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỸ PHẨM...............................................88
6.6.1. Sơ đồ quy trình và các phương pháp xử lý .....................................................88
6.6.2. Ảnh hưởng của quá trình xử lý sinh học kị khí nước thải mỹ phẩm ..............90
6.7. Kết quả xử lý......................................................................................................91
Chương VII. KẾT LUẬN.......................................................................................92
III.1. Lợi ích của Công nghệ sinh học với đời sống con người ................................92
III.2. Đề xuất một số biện pháp để làm giảm lượng nước thải trong sản xuất
và sinh hoạt ...............................................................................................................93
WWWWWW XXXXXX
6
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Chương I. GIỚI THIỆU
Nhóm 1 – DH07MT
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC.
Như chúng ta đã biết, từ xưa con người đã biết tới Công nghệ sinh học. Ví dụ
như lên men để tạo ra rượu. Tuy lúc đó con người chưa biết hiện tượng đó là gì họ
chỉ làm theo bản năng hay “cha truyền con nối”. Nhưng điều đó cũng đã hình thành
và thôi thúc họ tìm tòi học hỏi. Công nghệ sinh học bắt đầu từ sự nghiên cứu các vật
nuôi và cây trồng, phức tạp và đẹp đẽ ngay từ những nét nhỏ nhất của chúng. Từ khi
giống cây trồng đầu tiên được phát triển thông qua lai tạo do Thomas Fairchild vào
năm 1719, cho đến khi Mendel tìm ra định luật di truyền vào năm 1866, xây dựng
nền tảng di truyền học. Có thể coi Mendel là người đặt nền móng cho những nghiên
cứu quá trình phát triển tiến hóa của sinh giới ở mức độ vi mô. Phát minh của ông
đã đặt nền móng cho di truyền học. Tiếc rằng phát hiện này của ông đăng trên một
tạp chí địa phương, dù có mặt ở các thư viện lớn của châu Âu thời ấy, lại không
được ai để ý tới. Cho tới khi cuộc “Cách mạng xanh” ra đời đã giúp đẩy lùi nạn đói
trên toàn cầu trong giai đoạn nửa cuối thế kỷ 20, thời điểm dân số bùng nổ mạnh ở
các nước kém phát triển. Nhờ cuộc “Cách mạng xanh”, từ năm 1960 – 1990 sản
lượng nông nghiệp trên toàn thế giới đã tăng gấp đôi, cứu sống khoảng 1 tỉ người ở
những nước đang phát triển khỏi nguy cơ chết đói. Nhà khoa học Mỹ Norman
Borlaug chính là cha đẻ của cuộc cách mạng đó.
Kể từ cuộc “Cách mạng xanh”, vai trò của Công nghệ sinh học đã được toàn thể
giới chú ý đến. Đầu những năm 1980, đã bắt đầu hình thành công nghệ sinh học
hiện đại là lĩnh vực công nghiệp sử dụng hoạt động sinh học của các tế bào đã được
biến đổi di truyền. Các nước có nền công nghiệp mới thì từ những năm 85 và các
nước đang phát triển trong khu vực thì chủ yếu từ những năm 90 trở lại đây. Đến
nay hầu hết ở các nước Công nghệ sinh học đều được coi là một hướng khoa học
công nghệ ưu tiên đầu tư và phát triển.
Quá trình phát triển công nghệ sinh học qua ba cuộc cách mạng:
Cách mạng sinh học lần thứ nhất (đầu thế kỷ 20): sử dụng quá trình lên men
để sản xuất các sản phẩm như acetone, glycerine, citric acid, riboflavin...
Cách mạng sinh học lần thứ hai (sau thế chiến thứ 2): sản xuất kháng sinh,
các sản phẩm lên men công nghiệp như glutamic acid, các polysaccharide. Trong
1
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
đó, có các thành tựu về đột biến, tạo các chủng vi sinh vật cho năng suất và hiệu quả
cao, phát triển các quá trình lên men liên tục và phát hiện phương pháp mới về bất
động enzyme để sử dụng nhiều lần...
Cách mạng sinh học lần thứ ba (bắt đầu từ giữa thập niên 1970): với các phát
hiện quan trọng về enzyme cắt hạn chế, enzyme gắn, sử dụng plasmid làm vector
tạo dòng, đặt nền móng cho một nền công nghệ sinh học hoàn toàn mới đó là công
nghệ DNA tái tổ hợp.
Ngoài ra, có thể hiểu công nghệ sinh học hình thành và phát triển qua 4 giai
đoạn:
Giai đoạn 1:
Hình thành rất lâu trong việc sử dụng các phương pháp lên men vi sinh vật để
chế biến và bảo quản thực phẩm, ví dụ sản xuất pho mát, dấm ăn, làm bánh mì,
nước chấm, sản xuất rượu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trò rất đáng kể. Ngay
từ cuối thế kỷ 19, Pasteur đã cho thấy vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá
trình lên men. Kết quả nghiên cứu của Pasteur là cơ sở cho sự phát triển của ngành
công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu cơ như aceton, ethanol, butanol,
isopropanol… vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20.
Giai đoạn 2:
Nổi bật nhất của quá trình phát triển công nghệ sinh học trong giai đoạn này là
sự hình thành nền công nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn
liền với tên tuổi của Fleming, Florey và Chain (1940). Trong thời kỳ này đã xuất
hiện một số cải tiến về mặt kỹ thuật và thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng
kể hiệu suất lên men. Các thí nghiệm xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính và công
nghệ lên men yếm khí tạo biogas chứa chủ yếu khí methane, CO2 và tạo nguồn phân
bón hữu cơ có giá trị cũng đã được tiến hành và hoàn thiện.
Giai đoạn 3:
Bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ 20, song song với việc hoàn thiện các quy
trình công nghệ sinh học truyền thống đã có từ trước, một số hướng nghiên cứu và
phát triển công nghệ sinh học đã hình thành và phát triển mạnh mẽ nhờ một loạt
những phát minh quan trọng trong ngành sinh học nói chung và sinh học phân tử
nói riêng. Đó là việc lần đầu tiên xác định được cấu trúc của protein (insulin), xây
2
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
dựng mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA (1953). Chính những phát minh
trong giai đoạn này làm tiền đề cho các nghiên cứu và ứng dụng sau này vào công
nghệ sinh học hiện đại.
Giai đoạn 4:
Bắt đầu từ năm 1973, khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời của
kỹ thuật DNA tái tổ hợp được thực hiện và sự xuất hiện insulin-sản phẩm đầu tiên
của nó vào năm 1982, cùng với thí nghiệm chuyển gen vào cây trồng cũng thành
công vào năm này. Đến nay, công nghệ sinh học hiện đại đã có những bước tiến
khổng lồ trong các lĩnh vực nông nghiệp (cải thiện giống cây trồng...), y dược (liệu
pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đoán bệnh...), công nghiệp thực phẩm (cải thiện
các chủng vi sinh vật...)...
Có thể phân biệt 2 nhóm công nghệ sinh học là:
1. Công nghệ sinh học truyền thống (traditional biotechnology)
Bao gồm:
Thực phẩm lên men truyền thống (food of traditional fermentations).
Công nghệ lên men vi sinh vật (microbial fermentation technology).
Sản xuất phân bón và thuốc trừ sâu vi sinh vật (production of microbial
fertilizer and pesticide).
Sản xuất sinh khối giàu protein (protein – rich biomass production).
Nhân giống vô tính bằng nuôi cấy mô và tế bào thực vật (plant
micropropagation).
Thụ tinh nhân tạo (in vitro fertilization).
2. Công nghệ sinh học hiện đại (modern biotechnology)
Công nghệ sinh học hiện đại ra đời cùng với sự xuất hiện kỹ thuật gen. Cơ sở
sinh học áp dụng ở đây bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di
truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, cùng các nguyên lý kỹ thuật máy tính...
Các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ sinh học:
1. Trong nông nghiệp:
Lĩnh vực nông nghiệp tuy không phải là mục tiêu phát triển hàng đầu của các
nước phát triển, nhưng thực tế cho thấy những nghiên cứu, hoạt động sản xuất ở
lĩnh vực này được nhiều người quan tâm.
3
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Việc tạo ra các giống cây mới làm tăng năng suất, kháng sâu bệnh, chống
chịu với điều kiện ngoại cảnh tốt ...
Các chế phẩm sinh học: thuốc trừ sâu, phân bón ...
Hormone sinh trưởng ...
2. Trong y dược:
Đây là lĩnh vực mà thành tựu của công nghệ sinh học chiếm ưu thế và đa dạng
nhất, cũng như tầm quan trọng rõ nhất. Các kháng sinh, các vitamin hay các loại
thuốc chữa bệnh.
Hiện nay, các công ty công nghệ sinh học y dược hàng đầu thế giới đang tập
trung vào nghiên cứu tạo ra sản phẩm chống lại các căn bệnh như HIV/AIDS, các
loại bệnh ung thư, tiểu đường, các bệnh tim mạch, các bệnh truyền nhiễm...
3. Công nghệ sinh học công nghiệp và chế biến thực phẩm:
Công nghệ sinh học công nghiệp bao gồm các lĩnh vực sản xuất các loại
enzyme như amylase, cellulase và protease dùng trong công nghiệp dệt, công
nghiệp xà phòng và mỹ phẩm, công nghiệp bánh kẹo, rượu bia và nước giải khát…
Các sản phẩm ứng dụng công nghệ sinh học khá thiết thực và đa dạng:
Công nghiệp hóa chất.
Công nghiệp chế tạo giấy.
Công nghiệp khai khoáng và phát hiện khoáng sản. Có hai công nghệ: lọc
sinh học/oxy hóa sinh học các kim loại, xử lý ô nhiễm kim loại và tái sinh. Công
nghệ lọc kim loại dùng các vi sinh vật có thể thu được các kim loại quí như đồng,
kẽm và cobalt. Công nghệ xử lý sinh học ô nhiễm có thể áp dụng đối với các kim
loại nặng.
4. Công nghệ sinh học môi trường:
Tuy là lĩnh vực khá mới nhưng sự phát triển và ứng dụng của công nghệ sinh
học môi trường rất đáng kể. Mọi quá trình xử lý chất thải nếu không khép kín bằng
xử lý sinh học thì khó có thể thành công trọn vẹn.
Các hoạt động của công nghệ sinh học môi trường đang được chú trọng là:
Công nghệ phân hủy sinh học: dùng các cơ thể sống phân hủy các chất thải
độc tạo nên các chất không độc như nước, khí CO2 và các vật liệu khác. Bao gồm,
công nghệ kích thích sinh học: bổ sung chất dinh dưỡng để kích thích sự sinh
4
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
trưởng của các vi sinh vật phân hủy chất thải có sẵn trong môi trường, công nghệ bổ
sung vi sinh vật vào môi trường để phân hủy chất ô nhiễm, công nghệ xử lý ô nhiễm
kim loại và các chất ô nhiễm khác bằng thực vật và nấm.
Dự phòng môi trường: phát triển các thiết bị dò và theo dõi ô nhiễm môi
truờng, đặc biệt trong việc dò nước và khí thải công nghiệp trước khi giải phóng ra
môi trường.
1.1.2. Thế giới.
Công nghệ sinh học được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Góp phần cải thiện
cuộc sống con người ngày càng tốt hơn. Nâng cao năng suất sản xuất, tăng khả năng
chữa bệnh giúp con người sống lâu hơn.
Các thành tựu đạt được:
Trong nông nghiệp:
Hiện nay, có 23 quốc gia trên thế giới canh tác cây trồng Công nghệ sinh học.
Những nước sử dụng đất canh tác các loại cây trồng sinh học nhiều nhất là Mỹ,
Achentina, Braxin, Canađa, ấn Độ và Trung Quốc.
Diện tích đất trồng cây Công nghệ sinh học trên thế giới liên tục phát triển.
Năm 2005, diện tích cây trồng biến đổi gien là 90 triệu ha, đến năm 2007, là 114,3
triệu hecta, chiếm 8% trong tổng số 1,5 tỷ ha diện tích canh tác trên toàn thế giới.
Dự kiến đến năm 2015 tổng diện tích gieo trồng các giống cây sinh học của toàn thế
giới sẽ đạt khoảng 200 triệu hécta với 40 quốc gia tham gia canh tác.
Tại Mỹ, công nghệ sinh học đã và đang làm thay đổi bộ mặt ngành nông
nghiệp. Ứng dụng Công nghệ sinh học trong nông nghiệp đã làm giảm 34% lượng
thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ.
Ấn Độ đang nổi lên trở thành quốc gia đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ
sinh học tại châu Á. Thành công lớn nhất của ấn Độ là phát triển cây bông biến đổi
gien kháng sâu bệnh và chịu hạn tốt
Sự thành công đó là nhờ vào các kỹ thuật:
+ Kỹ thuật cấy mô.
+ Kỹ thuật sinh học phân tử.
+ Kỹ thuật di truyền.
5
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Trong y học:
Nhóm 1 – DH07MT
Cho đến nay, có lẽ thành tựu công nghệ sinh học được thể hiện rõ nét nhất là ở
lĩnh vực y học như liệu pháp protein và liệu pháp gen để chữa trị một số bệnh hiểm
nghèo (ung thư, nhiễm virus và hiện đang thử nghiệm chữa trị bệnh AIDS...) cũng
như để chẩn đoán bệnh (viêm gan, sốt xuất huyết, sán lá gan...) và phòng bệnh
(vaccine). Ngày nay, với những công cụ của kỹ thuật gen, ngành y không chỉ dựa
vào các triệu chứng lâm sàng mà còn có khả năng tác động thẳng vào các nguyên
nhân sâu xa của bệnh đó là sự bất thường của gen. Công nghệ sinh học đã xâm nhập
vào hầu như mọi lĩnh vực của y học, trong đó đáng kể nhất là lĩnh vực chẩn đoán và
phòng ngừa với việc tạo ra các bộ kit chẩn đoán bệnh bằng phương pháp PCR và
các DNA vaccine có hiệu quả cao. Lĩnh vực sản xuất thuốc chữa bệnh như
interferon, insulin, interleukin, hormone sinh trưởng ở người... ngày càng phát triển
mạnh và trở thành một ngành công nghiệp quan trọng. Đặc biệt, liệu pháp gen mặc
dù thành tựu còn ít nhưng đã mở ra những triển vọng to lớn trong việc chữa trị
những bệnh di truyền và bệnh nan y.
Trong môi trường:
Như chúng ta đã biết, thế giới ngày càng phát triển và dân số ngày càng tăng.
Điều đó làm cho môi trường xung quanh chúng ta phải nhận đủ mọi loại rác thải, từ
rác thải công nghiệp đến rác thải sinh hoạt.
+ Xử lý nước thải:
Qua nhiều thí nghiệm, các nhà khoa học đã sử dụng vi sinh vật cho quá trình xử
lý. Các hệ thống lọc, bể lọc, quá trình lắng và khử trùng được nghiên cứu và phát
triển. Góp phần hạn chế phí phạm nguồn tài nguyên nước của chúng ta.
Ở Singapore, hàng chục năm nay Singapore phải nhập khẩu nước từ bang Johor
- Malaysia. Nhưng 2 hiệp ước mua bán nước cấp quốc gia sẽ hết hạn lần lượt vào
các năm 2011 và 2061, và quan hệ song phương thường bị ảnh hưởng bởi những bất
đồng về giá nước thô. Cho nên Singapore đã tái chế nước thải thành nước uống có
tên gọi “NEWater”. Mặc dù chi phí không nhỏ nhưng họ quyết định dùng cả 3 cấp
xử lý: Lọc Ultra (UF), lọc thẩm thấu ngược (RO) và thanh trùng bằng tiacực tím
(UV), đảm bảo độ tinh khiết tối đa của thành phẩm NEWater. Chất lượng nước đầu
6
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
ra hoàn toàn an toàn cho ăn uống, sinh hoạt và sử dụng vào các mục dích khác.
NEWater trong như pha lê và sạch hơn bất cứ một loại nước nào có trong tự nhiên.
Ở Israel, nước thải công nghiệp và sinh hoạt đều được thu gom vào các hệ
thống xử lý tập trung. Ở các hệ thống này sử dụng các giải pháp xử lý dựa vào từ
tính (sử dụng thanh nam châm để tách các chất hữu cơ độc hại như dầu, chất tẩy
rửa, hóa chất nhuộm và kim loại nặng trong nước thải); xử lý bằng phương pháp kết
đông điện từ (xử lý loại bỏ kim loại nặng trong nước bằng việc đưa hyđrôxyt kim
loại trùng hợp, là phương pháp dùng để xử lý nước thải công nghiệp và đô thị); xử
lý bằng cách làm lắng đọng (nước được làm sạch bằng việc lắng chất bẩn có thể
được sử dụng trong nông nghiệp)…
1.1.3. Việt Nam.
Từ năm 1986 trở lại đây, Việt Nam đã có 4 chương trình phát triển Công nghệ
sinh học ở quy mô khác nhau. Các trường đại học của ta hiện có gần 20 khoa đào
tạo về Công nghệ sinh học, trong đó số người có trình độ tiến sĩ là khoảng 100. Cả
nước cũng có 44 tổ chức khoa học, công nghệ về Công nghệ sinh học, sở hữu 10
phòng thí nghiệm. 6 phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia với số vốn đầu tư lớn
đang được triển khai khẩn trương.
Đặc biệt, ngày 4-3-2005, Ban Bí thư Trung ương Đảng đã ban hành Chỉ thị số
50-CT/TƯ về Đẩy mạnh phát triển và ứng dụng Công nghệ sinh học phục vụ công
nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Thực tế, Công nghệ sinh học Việt Nam cũng đạt
được một số thành công nhất định, trong các lĩnh vực nghiên cứu: gien, tế bào - mô
phôi, enzim – protein, vi sinh. Nổi bật hơn cả là việc các nhà khoa học đã nhanh
chóng tạo ra các giống cây trồng thuần nhờ áp dụng công nghệ tế bào - mô phôi.
Công nghệ sinh học nước ta đã ứng dụng công nghệ thụ tinh trong ống nghiệm,
thụ tinh trứng và tinh trùng đông lạnh tại một số bệnh viện tuyến Trung ương, đem
lại hạnh phúc cho hàng chục nghìn cặp vợ chồng hiếm muộn. Ngành y tế nước ta
cũng đã làm chủ được công nghệ nhân nuôi tế bào gốc phục vụ điều trị bệnh hiểm
nghèo và bước đầu tạo ra các động vật có các yếu tố phù hợp cho công tác cấy ghép
nội tạng. Công nghệ sản xuất vắc – xin của Việt Nam hiện được các nước trong khu
vực Đông Nam Á đánh giá rất cao nhờ áp dụng một số kết quả nghiên cứu do Công
nghệ sinh học mang lại.
7
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu thì cũng không trành khỏi những khó
khăn hạn chế. Trong quá trình phát triển Công nghệ sinh học giai đoạn 1985 – 2005,
số lượng cán bộ nghiên cứu và nhân viên kỹ thuật Công nghệ sinh học của ta còn
quá ít, nhất là trong công nghệ gien. Ngoài ra, hầu hết các lĩnh vực Công nghệ sinh
học trong nông nghiệp ở nước ta vẫn chỉ là công nghệ... chai lọ, mới hoàn thành
được khâu nghiên cứu cơ bản, tính ứng dụng thực tế không cao, đặc biệt là khó mở
rộng thành đại trà. Thậm chí, có nhiều công trình vừa nghiên cứu xong, chưa kịp
tìm hiểu tính thực tiễn thì lại bỏ đấy để đi tìm cái mới.
Theo chương trình nghiên cứu khoa học Công nghệ sinh học trọng điểm Nhà
nước giai đoạn 2006 – 2010, đến cuối thời kì này nước ta sẽ cố gắng làm chủ và
ứng dụng được công nghệ nền của Công nghệ sinh học và tạo được sản phẩm phục
vụ phát triển kinh tế, xã hội.
Một số thành tựu của công nghệ sinh học Việt Nam thời gian qua.
Trong phát triển nông nghiệp:
Công nghệ sinh học Việt Nam đã đạt được một số thành công nhất định, trong
các lĩnh vực nghiên cứu: Gien, tế bào-mô phôi, enzim-protein, vi sinh. Nên hàng
loạt các dòng thuần ở lúa, ngô được tạo ra bằng kỹ thuật đơn bội nuôi cấy bao phấn
và noãn
Một số giống lúa mới của Việt Nam được tạo bằng Công nghệ sinh học như
DR1, DR2 có những đặc tính đặc biệt: Chịu rét, đẻ nhánh khỏe và tập trung, thấp
cây, ngắn ngày, năng suất đạt 8 – 9 tấn/ha. Đây là những giống lúa rất có triển vọng
đưa ra sản xuất đại trà.
Trong chăn nuôi, phương pháp truyền giống nhân tạo được áp dụng rộng rãi.
Công nghệ sinh học đã tạo bước đột phá trong sản xuất giống lợn ngoại năng suất
cao, giống lợn siêu nạc, giống vịt siêu thịt, vịt siêu trứng và gà tam hoàn, góp phần
nâng tỷ trọng của chăn nuôi trong toàn ngành nông nghiệp từ 17,9% năm 1986 lên
20% năm 2004.
Trong lâm nghiệp, đã nghiên cứu sử dụng izozyme, trong chọn giống keo, bạch
đàn và lát hoa cũng như trong bảo tồn nguồn gen cây rừng. Đã tách chiết AND và
định vị dược một sô allen cho một số dòng keo lai, đang khảo nghiệm một số dòng
bạch đàn biến nạp gen về thay đổi hàm lượng và tính chất lignin.
8
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Trong y tế:
Nhóm 1 – DH07MT
+ Sản xuất vacxin: TS Huỳnh Phương Liên đi dọc ở nước ngoài chỉ “1
tháng” đã cố gắng nghiên cứu và chế tạo vacxin Viêm não Nhật Bản (VNNB).
Thành quả của những nỗ lực tột bậc nói trên là 4 loạt vắc – xin VNNB đầu tiên do
VN sản xuất đạt tiêu chuẩn quốc tế 100%, tinh khiết tối đa và rất an toàn.
+ Thụ tinh nhân tạo trong ống nghiệm: ngày 30/04/1998, ba em bé từ ba
trường hợp TTTON thành công đầu tiên ở Việt Nam ra đời. Việt Nam hiện đang
dẫn đầu trong khu vực về một số kỹ thuật và đạt đến trình độ thế giới ở một số kỹ
thuật chuyên biệt như: IVF (trưởng thành trứng trong ống nghiệm), Vitrification
(đông lạnh phôi trứng bằng phương pháp thủy tinh hóa), sử dụng GnRH antagonist
trong TTTON…
Trong lĩnh vực môi trường:
Từ hơn 10 năm qua, đã có một số cơ quan thuộc các ngành giao thông vận tải,
công nghiệp, năng lượng nghiên cứu về năng lượng sinh học. Gần đây, một số công
ty tại An Giang, Cần Thơ, Long An đã đầu tư xưởng sản xuất diesel sinh học từ mỡ
cá basa với tổng công suất khoảng 40.000 tấn/năm, nhưng do chưa có tiêu chuẩn
chất lượng cho sản phẩm, nên chưa thương mại được.
Sản xuất phân bón từ rác: Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ sinh học
(Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia) đã bắt tay vào nghiên cứu
công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ các chất phế thải. Các nhà khoa học
đã phân lập được một số chủng vi sinh vật chịu nhiệt có khả năng phân hủy nhanh
các chất hữu cơ (chủ yếu là các chất chứa xenlulô). Nhờ đó đã rút ngắn được quá
trình ủ rác bớt 14 ngày so với quy trình đang áp dụng và tăng 20% lượng bùn trong
phân bón. Các vi sinh vật có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật, cố
định nitơ, phân giải hợp chất phốtphát khó tan.
Bể phản ứng kỵ khí với các vách ngăn mỏng và ngăn lọc kỵ khí (Baffled septic
tank with anearobic filter – BASTAF) là công nghệ do Trung tâm Kỹ thuật Môi
trường Đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA), Trường Đại học Xây dựng phối hợp
với các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Liên bang
Thụy Sỹ (EAWAG) phát triển. Bể BASTAF có 4 – 6 vách ngăn. Cũng theo nguyên
tắc lắng và phân huỷ sinh học kỵ khí như bể tự hoại thông thường, nhưng nước thải
9
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
không đi qua bể theo chiều ngang mà đi theo đường dích dắc nhờ các vách ngăn
mỏng, hoặc các ống PVC hướng dòng đặt trong bể, hướng dòng nước chuyển động
lên và xuống. Khi nước thải chuyển động từ dưới lên trên, nó sẽ đi xuyên qua lớp
bùn đáy bể. Các vi khuẩn kỵ khí có rất nhiều trong lớp bùn cặn đáy bể, sẽ hấp thụ,
phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, đồng thời cặn cũng được giữ lại và
phân hủy. Các vách ngăn còn cho phép tăng hệ số sử dụng thể tích bể, tránh các
vùng nước chết. Ngăn lọc kỵ khí được bố trí ở cuối bể tiếp tục xử lý các chất lơ
lửng và hữu cơ còn trong nước thải. Nước thải đầu ra có thể được xử lý tiếp tục
bằng bãi lọc ngầm, hồ sinh học... cho phép chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn
B (TCVN 5945 – 2005).
1.2. HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI.
Công nghệ xử lý nước thải ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học
và các biện pháp sinh học cũng đã chứng minh hiệu quả xử lý triệt để, hơn hẳn
những biện pháp xử lý hóa lý khác.
Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học đáp ứng mục đích đưa dòng thải
vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất, chất thải được xử lý và phân hủy theo chu
trình sinh học tự nhiên. Kết quả của quá trình xử lý là các chất thải được chuyển hóa
hoàn toàn thành dòng thải sạch (đủ tiêu chuẩn).
Trong quá trình xử lý này, con người không tác động trực tiếp các biện pháp
lý hóa vào quy trình khép kín, do đó lượng nước thải sau khi xử lý được đưa vào tự
nhiên sạch hơn mà không bị biến đổi thành phần tính chất.
1.3. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI.
Ý nghĩa thực tiễn của việc áp dụng công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
là vô cùng quan trọng trong đời sống. Vừa mang lại lợi ích cho kinh tế, vừa mang
lại lợi ích cho xã hội lẫn môi trường. Có thể kể những ý nghĩa quan trọng như :
- Ứng dụng sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, xử lý chất
thải hiệu quả mà không mang lại ảnh hưởng xấu hoặc biến đổi bất lợi khác cho môi
trường. Chất lượng nước đầu ra sạch hơn và có tính chất như nước tự nhiên.
10
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
- Công nghệ sinh học là công cụ xử lý triệt để và chủ động trên thành phần và
tính chất nước thải, không cần thiết có sự can thiệp trực tiếp của con người vào quá
trình xử lý tự nhiên. Thuận tiện trong công tác vận hành và quản lý.
- Tiết kiệm kinh phí trong việc xử lý nước thải. Chi phí cho các biện pháp sinh
học thường thấp hơn chi phí cho các biện pháp xử lý khác. Bên cạnh đó chi phí
quản lý cũng thấp do việc quản lý đơn giản hơn.
- Những chất không bị phân hủy trong nước thải công nghiệp trước hết là
trong công nghiệp hóa học. Người ta phân lập và tạo ra những chủng có thể phân
hủy các chất đó trong điều kiện tự nhiên.
- Các phương pháp khử kim loại nặng trong bùn vừa xử lý được ô nhiễm vừa
thu lại được các kim loại quý.
- Xử lý được nguồn nước thải nồng độ cao, đặc biệt là BOD, COD, SS… trong
đó nước thải dễ xử lý sinh học có nồng độ COD từ 20.000 – 30.000 mg/l. (phân hủy
kỵ khí).
- Phân hủy hiếu khí được ứng dụng rộng rãi để ổn định chất rắn với kích thước
bể xử lý từ nhỏ đến trung bình. (Q < 20.000 – 40.000 m3/ngày ).
- Hồ sinh học dung xử lý các loại nước thải công nghiệp, sinh hoạt và cả nước
thải chăn nuôi có hàm lượng chất hữu cơ ô nhiễm cao.
Chương II. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
2.1. KHÁI NIỆM NƯỚC THẢI.
Khái niệm nước thải:
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã
làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng.
Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô
nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành: nước thải
sinh hoạt, nước công nghiệp, nước thải tự nhiên và nước thải đô thị.
Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương
mại, công sở, trường học hay các cơ sở khác. Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ
và 42% chất khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các
11
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
chất hữu cơ không bền sinh học (như cacbonhydrat, protein, mỡ), chất dinh dưỡng
(photphat, nitơ), vi trùng, chất rắn và mùi.
Nước thải công nghiệp (hay nước thải sản xuất)
Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động sản xuất.
Trong quá trình công nghệ các nguồn nước thải có thể phân thành:
- Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi các tác chất và
các sản phẩm phản ứng).
- Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được
tách ra trong quá trình chế biến.
- Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị.
- Nước hấp thụ, nước làm nguội.
Nước thải tự nhiên
Nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện đại, nước
mưa được thu gom bằng hệ thống riêng.
Nước thải đô thị
Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của
một thành phố. Đó là hỗn hợp các loại nước thải kể trên.
2.2. THÀNH PHẦN LÝ HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI
2.2.1. Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi,
nhiệt độ và lưu lượng.
- Màu: nước thải mới có màu nâu hơi sáng, tuy nhiên thường là có màu xám có
vẩn đục. Màu sắc của nước thải sẽ thay đổi đáng kể nếu như bị nhiễm khuẩn, khi đó
sẽ có màu đen tối.
- Mùi: có trong nước thải là do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp
chất hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào.
- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban
đầu, do có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc sản
xuất.
- Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một đặc tính vật lý
của nước thải, có đơn vị m3/người.ngày. Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi theo ngày.
12
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
2.2.2. Tính chất hóa học
Nhóm 1 – DH07MT
Các thông số thể hiện tích chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô
cơ và khí. Hay để đơn giản hóa, người ta xác định các thông số như: độ kiềm, BOD,
COD, các chất khí hòa tan, các hợp chất N, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù
và không tan) và nước.
- Độ kiềm: thực chất độ kiềm là môi trường đệm để giữ pH trung tính của nước
thải trong suốt quá trình xử lý sinh hóa.
- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh
hóa trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 200C. BOD5 trong
nước thải sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100 – 300 mg/l.
- Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxy hóa trong
nước thải. COD thường trong khoảng 200 – 500 mg/l. Tuy nhiên, có một số loại nước
thải công nghiệp BOD có thể tăng rất nhiều lần.
- Các chất khí hòa tan: đây là những chất khí có thể hòa tan trong nước thải.
Nước thải công nghiệp thường có lượng oxy hòa tan tương đối thấp.
- Hợp chất chứa N: số lượng và loại hợp chất chứa N sẽ thay đổi đối với mỗi
loại nước thải khác nhau.
- pH: đây là cách nhanh nhất để xác định tính axit cua nuoc thải. Nồng độ pH
khoang 1 – 14. Để xử lý nước thải có hiệu quả pH thường trong khoảng 6 – 9,5 (hay
tối ưu là 6,5 – 8).
- Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa. P thường trong
khoảng 6 – 20 mg/l.
- Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thể xem là chất rắn.
- Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải. Trong một số trường
hợp, nước có thể chiếm từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả ngay cả
trong những loại nước thải ô nhiễm nặng nhất các chất ô nhiễm cũng chiếm 0,5%,
còn đối nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%).
2.3. CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM VÀ YÊU CẦU ĐỂ XỬ LÝ
2.3.1. Các thông số đánh giá
Đánh giá chất lượng nước thải cần dựa vào một số thông số cơ bản, so sánh với
các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử
13
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
dụng cho mục đích khác nhau. Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là:
độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng,
oxy hòa tan... và đặc biệt là BOD và COD. Ngoài các chỉ tiêu hóa học cần quan tâm
tới chỉ tiêu sinh học, đặc biệt là E.coli.
- Độ pH: là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải.
Chỉ số này cho ta biết cần thiết phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần
thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn...
- Hàm lượng các chất rắn: tổng chất rắn là thành phần quan trọng của nước
thải. Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi
cho bay hơi 11 mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho đến khi trọng
lượng khô không đổi. Đơn vị tính bằng mg hoặc g/l.
- Màu: nước có thể có độ màu, đặc biệt là nước thải thường có màu nâu đen
hoặc đó nâu.
- Độ đục: Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước. Vi sinh vật
có thể bị hấp thụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục
càng cao độ nhiễm bẩn càng lớn.
- Oxy hòa tan (DO – Dissolved oxygen): là một chỉ tiêu quan trọng của nước,
vì các sinh vật trên cạn và cả dưới nước sống được là nhờ vào oxy. Độ hòa tan của
nó phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và các đặc tính của nước. Phân tích chỉ số oxi
hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô nhiễm của nước
và giúp ta đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
- Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa – Biochemical Oxygen Demand): nhu
cầu oxy sinh hóa hay nhu cầu oxy sinh học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các
chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí.
BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải.
Phương trình tổng quát oxy hóa sinh học:
Chất hữu cơ + O2
CO2 + H2O
Vi sinh vật
Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất
hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, cũng như một số chất có
14
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
độc tính xảy ra trong nước. Bình thường 70% nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày
đầu, 20% trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21.
Xác định BOD được sử dụng rộng rãi trong môi trường:
1. Xác định gần đúng lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học các chất
hữu cơ có trong nước thải.
2. Làm cơ sở tính toán thiết bị xử lý.
3. Xác định hiệu suất xử lý của một quá trình.
4. Đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý được phép xả vào nguồn nước.
Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn
toàn chất hữu cơ vì như thế tốn quá nhiều thời gian mà chỉ xác định lượng oxy cần
thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ ủ 200C, ký hiệu BOD5. Chỉ số này được dùng hầu
hết trên thế giới.
- Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical Oxygen Demand):
Chỉ số này được dùng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của
nước thải và sự ô nhiễm của nước tự nhiên. COD được định nghĩa là lượng oxy cần
thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O.
Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác
định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit.
Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hóa bằng vi
sinh vật do đó nó có giá trị cao hơn BOD. Đối với nhiều loại nước thải, giữa BOD
và COD có mối tương quan nhất định với nhau.
- Các chất dinh dưỡng: chủ yếu là N và P, chúng là những nguyên tố cần thiết
cho các thực vật phát triển hay chúng được ví như là những chất dinh dưỡng hoặc
kích thích sinh học.
+ Nito (N): nếu thiếu N có thể bổ sung thêm N để nước thải đó có thể xử lý
bằng sinh học.
+ Phospho (P): có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học.
15
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
- Chỉ thị về vi sinh của nước (E.coli):
Nhóm 1 – DH07MT
Trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, bệnh viện, vùng du lịch, khu
chăn nuôi... nhiễm nhiều loại vi sinh vật. Trong đó có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh,
đặc biệt là bệnh về đường tiêu hóa, tả lị, thương hàn, ngộ độc thực phẩm.
Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thị bằng nồng độ của vi
khuẩn chỉ thị – đó là những vi khuẩn không gây bệnh và về nguyên tắc đó là nhóm
trực khuẩn (coliform). Thông số được sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số coli.
Tuy tổng số coliform thường được sử dụng như một chỉ số chất lượng của nước
về mặt vệ sinh, nhưng ở điều kiện nhiệt đới, chỉ số này chưa đủ ý nghĩa về mặt vệ
sinh do:
+ Có rất nhiều vi khuẩn coliform tồn tại tự nhiên trong đất, vì vậy mật độ cao
các vi khuẩn của nước tự nhiên giàu dinh dưỡng có thể không có ý nghĩa về mặt vệ
sinh.
+ Các vi khuẩn coliform có xu hướng phát triển trong nước tự nhiên và ngay
trong cả các công đoạn xử lý nước thải (trước khi khử trùng) trong điều kiện nhiệt
đới.
2.3.2. Yêu cầu xử lý.
Do xu thế phát triển của xã hội cùng với quá trình đo thị hóa diễn ra, các ngành
công – nông nghiệp, các nhà mày, xí nghiệp, khu công nghiệp liên tục mọc lên nên
đòi hỏi cần nhiều nước sạch. 1 m3 nước thải có thể làm nhiễm bẩn 10 m3 nước sạch.
Do đó, nguồn nước ngày càng cạn kiệt và thiếu hụt nghiêm trọng. Điều đó khiến
cho việc cung cấp nước cho con người trở thành vấn đề hết sức khó khăn. Thế giới
đã đưa ra những tiêu chuẩn về cấp – thoát nước, ở mỗi quốc gia cũng có luật riêng.
Nhưng hầu hết chất lượng nước thải điều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Chình vì
vậy, xử lý nước thải để có thể “quay vòng” cho nước trở lại là một vần đề đang
được chú trọng và nghiên cứu. Góp phần bào vệ môi trường, mang lại cuộc sống tốt
đẹp cho con người. Chúng ta hãy hy vọng vào một tương lai tốt đẹp hơn cho nhân
loại.
16
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Bảng 1 – Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước
thải công nghiệp (TCVN 5945 – 2005)
Giá trị giới hạn
TT
1
Thông số
Nhiệt độ
pH
Đơn vị
A
B
C
45
oC
-
40
40
5 đến
9
2
6 đến 9
5,5 đến 9
Không khó
Không khó
3
4
Mùi
-
-
-
chịu
chịu
Màu sắc, Co – Pt ở
pH=7
20
50
5
BOD5 (20oC)
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
30
50
50
80
100
0,1
0,01
0,5
0,01
0,1
1
100
400
200
0,5
0,01
1
6
COD
7
Chất rắn lơ lửng
Asen
50
8
0,05
0,005
0,1
0,005
0,05
0,2
2
9
Thủy ngân
Chì
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Cadimi
0,5
0,5
2
Crom (IV)
Crom (III)
Đồng
2
5
Kẽm
3
3
5
Niken
0,2
0,5
1
0,5
1
2
Mangan
Sắt
5
5
10
5
Thiếc
0,2
0,07
0,1
5
1
Xianua
0,1
0,5
5
0,2
1
Phenol
Dầu mở khoáng
Dầu động thực vật
Clo dư
10
30
-
10
20
2
1
PCBs
0,003
0,01
0,05
17
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Hóa chất bảo vệ thực
Nhóm 1 – DH07MT
26
mg/l
0,3
1
vật: Lân hữu cơ
Hóa chất bảo vệ thực
vật: Clo hữu cơ
Sunfua
27
mg/l
0,1
0,1
28
29
30
mg/l
mg/l
0,2
5
0,5
10
1
15
1000
15
60
8
Florua
Clorua
mg/l
500
5
600
10
31 Amoni (tính theo Nitơ)
mg/l
32
33
34
Tổng nitơ
Tổng phôtpho
Coliform
mg/l
15
4
30
mg/l
6
MPN/100ml
3000
5000
-
Xét nghiệm sinh học
(Bioassay)
90% cá sống sót sau 96 giờ
trong 100% nước thải
35
36
37
-
-
-
Tổng hoạt độ phóng xạ
α
Bq/l
Bq/l
0,1
1,0
0,1
1,0
Tổng hoạt độ phóng xạ
β
18
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Chương III. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI
3.1. PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi
sinh vật có khả năng phân hóa những hợp chất hữu cơ.
Các chất hữu cơ sau khi phân hóa trở thành nước, những chất vô cơ hay các
khí đơn giản.
Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:
- Điều kiện tự nhiên.
- Điều kiện nhân tạo.
3.1.1. Xử lý tự nhiên.
Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc:
- Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể. Như
vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng thích hợp với sự phát triển của
thực vật.
- Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 =N:P:K.
- Nước thải công nghiệp cũng có thể sử dụng nếu chúng ta loại bỏ các chất độc
hại.
- Để sử dụng nước thải làm phân bón, dống thời giải quyết xử lý nước thải
theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc.
- Nguyên tắc hoạt động: Việc xử lý nước thai bằng cánh đồng tưới, cánh đồng
lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước trên mặt đất, nước thắm qua đất như đi qua
khe lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu
khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy ít
và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ giảm dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy
ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở
lớp đất mặt sâu tới 1.5m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây
dựng ở những nơi nào có mực nguồn nước thấp hơn 1.5m so với mặt đất.
- Nguyên tắc xây dựng: cánh đồng tưới và bãi lọc là những mảnh đất được san
phẳng hoặc tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách và tạo thành các ô bằng các
bờ đất. Nước thải phân bố vào các hệ thống mạng lưới phân phối gồm: mương
19
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô. Nếu thu đất chỉ dùng xử lý
nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc.
Sơ đồ cánh đồng tưới
1. Mương chính và màng phân phối; 2. Máng, rãnh phân phối trong các ô; 3.
Mương tiêu nước; 4. Ống tiêu nước; 5. Đường đi.
Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc:
Với:
q: T/C tưới lấy theo bảng sau.
Bảng 2 – Tiêu chuẩn tưới đối với cánh đồng công cộng
t0 trung bình
Tiêu chuẩn nước tưới (m3/ha.ng.đ)
Loại cây trồng
năm của KK
Á sét
Á cát
60
Cát
Vườn
Đồng
Vườn
Đồng
Vườn
Đồng
45
25
60
30
70
35
80
40
85
45
90
45
6 – 9,50C
9,5 – 110C
11 – 150C
30
70
35
80
40
20
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Bảng 3 – Tiêu chuẩn tưới cho một số loại cây trồng
Loại cây trồng
Bắp cải sớm và xúp lơ
Bắp cải muộn
Cà chua
T/C tưới (m3/ha)
2500-6300
5000-7000
4000-4500
3000-6500
1800-2500
5000-10000
Củ cải
Khoai tây
Hành tỏi, rau thơm
Bảng 4 – Tiêu chuẩn phụ thuộc mực nước ngầm
1.5
70
80
16
18
2.0
75
85
13
21
3.0
85
6 – 110C
11 – 150C
6 – 110C
11 – 150C
A sét
Cát
100
235
350
Cánh đồng tưới Nông nghiệp:
Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón
để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp ở những vùng ngoại ô.
Theo chế độ nước tưới người ta chia thành 2 loại:
- Thu nhận nước thải quanh năm.
- Thu nước thải theo mùa.
Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trong
các đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hòa,…) hoặc xả ra cánh đồng cỏ, cánh
đồng trồng cây ưa nước hay hay vào vùng dự trữ.
Trước khi đưa vào cánh đồng, nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn
rác, bể lắng cát hoặc bể lắng. Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng công cộng và
có ý kiến chuyên gia nông nghiệp.
21
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Hồ sinh học:
Nhóm 1 – DH07MT
- Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn
gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy
hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật
khác.
- Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá
trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong
tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các
chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và
nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 60C. Theo quá trình sinh hóa, người
ta chia hồ sinh vật ra các loại: hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy nghi.
Hình 1. Hồ sinh học
- Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình
làm sạch của hồ.
- Ngoài việc xử lý nước thải còn có nhiệm vụ:
+ Nuôi trồng thủy sản.
+ Nước tưới cho cây trồng.
+ Điều hòa dòng chảy.
- Bao gồm các loại:
+ Hồ kỵ khí: dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng bằng phương pháp sinh học
tự nhiên dựa trên sự phân giải của VSV kỵ khí. Chuyên dùng xử lý nước thải công
nghiệp nhiễm bẩn.
22
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
+ Hồ kỵ hiếu khí: trong hồ xảy ra 2 quá trình song song là: oxy hóa hiếu khí
và phân hủy mêtan cặn lắn. Gồm có 3 lớp: hiếu khí, trung gian và kỵ khí. Nguồn
oxy cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo. Quá trình kỵ khí ở đáy phụ
thuộc vào nhiệt độ. Chiều sâu của hồ kỵ hiếu khí từ 0.9 – 1.5 m.
+ Hồ hiếu khí: oxy hoá các chất hợp chất nhờ VSV hiếu khí. Có 2 loại: hồ
làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.
Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua mặt
nước và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ từ 30 – 50
cm. Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày.
Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên, hồ
hoạt động như hồ kỵ hiếu khí. Chiều sâu từ 2 – 4.5 m, tải trọng BOD 400
kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 1 – 3 ngày.
3.1.2. Xử lý nhân tạo.
Bể lọc sinh học (Bể Biophin có lớp vật liệu không thấm nước):
- Cấu tạo: có vật liệu tiếp xúc không ngập nước.
+ Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể).
+ Nước thải được phân phối đều.
+ Nước thải sau khi tiếp xúc vật liệu tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng
nhỏ luồng qua khe hở vật liệu lọc.
+ Ở bề mặt vật liệu lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bẩn được giữ lại
tạo thành màng (Màng sinh học).
+ Lượng oxy cần thiết để cấp làm oxy hoá chất bẩn đi từ đáy lên.
+ Những màng vi sinh đã chết sẽ cùng nước thải ra khỏi bể được giữ ở bể
lắng 2.
- Vật liệu lọc:
+ Có diện tích bề mặt/đơn vị diện tích lớn.
+ Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm).
- Hệ thống phân phối nước:
+ Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc).
+ Dàn ống cố định (lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải.
+ Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu: 0.2 – 0.3 m.
23
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
- Sàn đỡ và thu nước: có 2 nhiệm vụ
Nhóm 1 – DH07MT
+ Thu đều nước có các mảnh vở của màng sinh học bị tróc.
+ Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng.
+ Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung.
+ Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6 – 0.8 m, i = 1 – 2 %.
- Phân loại bể lọc sinh học:
Thông số
Đơn vị đo
Tải trọng thấp
Tải trọng cao
0.9-2.4 (đá)
Chiều cao lớp VL
m
1 – 3
6-8 (nhựa tấm)
Đá cục, than cục, Đá cục, than, đá
Loại
đá ong, …
ong, nhựa đúc.
Kg
Tải trọng theo chất HC
0.08 – 0.4
0.4 – 0.16
BOD/l.m3.ngày
Tải trọng thuỷ lực theo
diện tích bề mặt
m3/m2.ngày
%
1 – 4.1
80 – 90
4.1 – 40.7
65 – 85
Hiệu quả BOD
Bể Aerotank:
- Nguyên lý làm việc của bể Aerotank:
+ Bể Aerotank được đưa ra và nghiên cứu rất lâu (từ 1887-1914 áp dụng).
+ Bể Aerotank là công trình xử lý sinh học sử dụng bùn hoạt tính (đó là loại
bùn xốp chứa nhiều VS có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ).
+ Thực chất quá trình xử lý nước thải bằng bể Aerotank vẫn qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tốc độ oxy hoá xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy.
Giai đoạn 2: Bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxy hoá, đồng thời oxy hoá tiếp
những chất hợp chất chậm oxy hoá.
Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hoá và các muối amôn.
+ Khi sử dụng bể Aerotank phải có hệ thống cấp khí.
- Phân loại bể Aerotank:
a) Theo nguyên lý làm việc:
+ Bể Aerotank thông thường: công suất lớn.
24
Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải
Nhóm 1 – DH07MT
Bể Aerotank xử lý sinh hoá không hoàn toàn (BOD20 ra ~ 60 – 80 mg/l).
Bể Aerotank xử lý sinh hoá hoàn toàn (BOD20 ra ~ 15 – 20 mg/l).
+ Bể A sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l.
b) Phân loại theo sơ đồ công nghệ:
+ Aerotank bậc 1.
+ Aerotank bậc 2.
c) Theo phương pháp làm thoáng:
+ Bằng khí nén.
+ Khuấy cơ học.
+ Thoáng kết hợp.
+ Quạt gió.
Hình 2. Bể Aeroten
Xử lý nước thải bằng vi sinh kỵ khí (bể UASB):
- Cấu tạo : Bể UASB có thể xây dựng bằng bêtông cốt thép, thường xây dựng
hình chữ nhật. Để dễ tách khí ra khỏi nước thải người ta lắp thêm tấm chắn khí có
độ nghiêng >= 350 so vơí phương ngang. Nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lí của bể
UASB càng cao, do đó bể này áp dụng rất tốt ở Việt Nam.
- Nguyên tắc: Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào
đáy bể và nước thải đi lên với vận tốc 0.6 – 0.9 m/h. Quá trình xử lý nước thải bằng
phương pháp kỵ khí xảy ra (bùn + nước thải) tạo ra khí (70 – 80% CH4).
- Ưu và nhược điểm của bể UASB :
+ Ưu điểm: Giảm lượng bùn sinh học, do đó giảm được chi phí xử lí bùn.
Khí sinh ra là khí biogas (CH4) mang tính kinh tế cao. Xử lí được hàm lượng chất
25
Tải về để xem bản đầy đủ
99 trang
29/09/2024
620
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Chuyên đề Vai trò của công nghệ sinh học trong xử lý nước thải", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- bao_cao_chuyen_de_vai_tro_cua_cong_nghe_sinh_hoc_trong_xu_ly.pdf
