sd vi khuẩn xử lý nước thải

ứng dụng vi khuẩn xử lý nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

NHÓM 2 LỚP DH11SH

UNG DUNG Pseudomonas TRONG XU LY NUOC THAI

SEMINAR MON VI KHUAN HOC

Khóa hoc: 2010 - 2014

An Giang, 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

NHÓM 2 LỚP DH11SH

UNG DUNG Pseudomonas TRONG XU LY NUOC THAI

SEMINAR MON VI KHUAN HOC

Khóa học: 2010 - 2014

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Bằng Hồng Lam

DANH SÁCH NHÓM

Nguyễn Hoàng Nhựt Lynh

Bung San Ny Thanh Hồng Anh Hoàng Nguyễn Trung Nghĩa Nguyễn Viết Thanh

Lê Hoàng Yên

Nguyễn Ngọc Hồ

An Giang, 2013

Mục lục

Danh sách hình - - - - 11 S110 11H HH HH HH vh ii Chương 1 Đặt vẫn đề wees i i wel Chương 2 Nội dung " ° ° wed 2.1 Tong quan vé vi khuan Pseudomonas ° ° `;

2.1.2 DAC GIGI nh ., 2

2.2 Tổng quan vé nwéc thai “ “ “ 3 2.2.1 9) 3 2.2.2 Phân loại nước thải - C23202 1 01 01112111111E SE nen ngư, 3 2.2.3 Các chất gây nhiễm bân nước .-. -¿- + s+s+kEx+E£EEk+Exxkrxsrerkree 3 2.3 Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học ° 4 2.3.1 Co so sinh hoc trong xt ly nue thai cece csscesseceeeseeesececsseeseseeesees 4

2.3.2 Nguyén ly chung cua qua trình oxy hóa sinh hóa -++-«<- 4

2.3.3 Các dạng và câu 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 xứ lý nước thải 6 2.4.1 Quá trình phân hủy hiểu khí - 2k kẻ s+E£EEE+E£EEE£Ee xxx rerkvee 6

2.4.2 Quá trình phân hủy kị khí .- - << + xxx HH ng, 8

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 9 2.5.2 Một số quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật 5 11 Chương 3 Kết luận a a ° 12

Tài liệu tham khảo ° ° ° 13

Danh sách hình

Nội dung

Hình 1: Pseudomonas đưới kính hiển vi điện tử -5- 5 se sesscsz Hình 2: Nước thải thải sinh hoạt (trái) và nước thải công nghiệp (phải)

Hình 3: Quá trình phân giải kỊị khí .- - - <5 5< 1S HH ke

Hình 4: Sơ đồ mô tả hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính

il

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 dan tré thành vẫn đề nhức nhối và nỗi cộm của tất cả các quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Trong vẫn

đề nỗi 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 qua tat yéu 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 tỉnh bột, protein, lên men được nhiều loại đường và tạo màng nhày thì Psedomonas ngày càng trở thành một trong những loài vi sinh vật không thê

thiếu được trong quy trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.

Chương 2 Nội dung

2.1 Tông quan về vỉ khuân Pseudomonas

2.1.1 Phan loại

Lĩnh giới (Domain) : Bacteria

Ngành (Phylum) : Proteobacteria

L6p (Class) : Gammaproteobacteria

Bo (Ordo) : Pseudomonadales

Ho (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 ky khí trong môi trường không có oxi Nhiệt độ thuận lợi

để chúng phát triển là 30 - 37°C

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

nhây pH môi trường đưới 5,5 sẽ kìm hãm vi khuẩn Pseudomonas phát trién

và kìm hãm sinh tông hợp proteaza Nồng độ muối trong nước từ 5 - 6 % thì sinh trưởng của vi khuẩn này bị ngưng tệ

Hình 1: Pseudormonas dưới kính hiên vi điện tử (Nguồn: http:www.texbookofbacteriology.net/Pseudomonas.ect.html)

2.2 Tong quan về nước thai

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 Phần loại nước thái

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 đân 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

: _-

id

Hình 2: Nước thải thải sinh hoat (trai) va nước thải công nghiệp (phải)

2.2.3 Các chất gây nhiễm bẵn nước

Các chất hữu cơ bền vững

Các chất hữu cơ đễ bị phân hủy, chủ yếu là do tác nhân sinh hoc (vi sinh vật) Các kim loại nặng

Cac ion v6 co

Dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt

Các chất có mùi hoặc màu

Các chất rắn

Các chất phóng xạ

Cac vi sinh vật

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 gợi 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 bắn, song với nồng độ các chất thấp (Lê Gia Hy, 2010)

Theo Tran 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 Đề 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 CO; 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:

- Phuong pháp hiếu khí là phương pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiểu khí Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20°C - 40°C

- _ 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 hap

thụ các chất bân đó là một quá trình gồm ba giai đoạn:

- _ Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bảo vi

sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử

- _ Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thắm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bảo

- _ 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 bảo 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 tỉnh bột hấp thụ trên bề mặt tế bảo vi sinh vật theo cơ chế cảm ứng, tế bào vi sinh vật tiết ra hệ enzyme amilaza thủy phân tỉnh bột thành đường Đối với protein sẽ có enzyme proteinaza xúc tác phân hủy thành các

polypeptit, pepton, axit amin và NH¿” Đối với chất béo sẽ có lipaza phân hủy

thành các axit béo, glyxerin Cac san phẩm là đường, rượu và một số chất hữu

cơ bị oxi hóa trong tế bào nhờ hệ enzyme oxi hóa - khử dehidrogenaza Cac

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 CO;

và HO

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 sông Cơ thể vi sinh vật sống cùng với các chất mang quện lại với nhau tạo thành dạng keo tụ - một quân 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

khac nhau: Actinomyces, Arthrobacter, Baccillus, Bacterium, Coryne- bacterium, Deslfotomacillium, Micrococcus, Psedomonas, Sarcina Trong

đó, số lượng nhiều nhất là các loài thuộc chi Pseđomonas 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 nhay, 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 khuân, nắm men, nắm 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 um, 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 phố nhiễm bắn các chất hữu cơ rộng

Hệ thống có thể tự điều chỉnh phổ các chất nhiễm bân và nồng độ các chất

nhiễm bắn

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 nông độ các chất hữu cơ cao, do vậy làm tăng lượng nước thải

2.4 Sử dụng vỉ khuẩn Pseudomonas trong xir ly nwéc thai

Các qua trình phân hủy của Pseudomonas trong xử lý nước thai

2.4.1 Quá trình phân húy 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

nzyme

C,H,O,+ 0, ——> CO, +H,0+ AH

- _ Tổng hợp xây dựng tế bào

enzyme

C,H,O, + O02 ——> Té bao vi sinh vat + CO, + H,O + Cs;H7NO; - AH

- Tw oxi hoa chat liéu té bao

enzyme C;H;NO, + 50, —— 5CO, + 2H,O + NH3 + AH

Trong đó: AH là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào

Pseudomonas thường gặp ở hầu hết các loại nước thải Chúng hầu như có thê

đồng hóa được mọi chất hữu cơ, kế cả các hợp chất hữu cơ tông 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

thái (Lương Đức Phẩm, 2009)

Pseudomonas có khả năng tông 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 phần 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 chuyên 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 bao dé phan giải protein thành các peptit ngắn và các axit amin Các axit amin tan trong nước và lại tiếp tục phân giải thành NHạ, H;S, skatole, indol, CO;, H;O, các chất khí sẽ thoát ra khỏi nước thải vào không khí Các chất khó tạo mùi HS, 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 đối chất Các peptit ngắn sẽ tiếp tục phân hủy dé tạo thành các axit amin, các axit amin sé duoc chuyén thanh NH3, NH; 1a chat déc đối với vi sinh vật và

chúng thoát ra khỏi tế bảo 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 đựng 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 thâu 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 thê.