bài thảo luận vi sinh vật ứng dụng trong xử lí phế thải

Đây là biện pháp dùng công nghệ vi sinh vật để phân hủy rácthải, là biện pháp tối ưu nhất và đang được quan tâm sử dụngrộng rãi.II – CHẾ PHẨM VI SINH VẬT DÙNG TRONG XỬ LÍ PHẾ THẢI SINH H

Năm học 2010 – 2011

VI SINH VẬT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÍ PHẾ THẢI

I – TÌM HIỂU CHUNG VỀ PHẾ THẢI

1 Khái niệm chung

 Phế thải là gì ?

Phế thải là sản phẩm loại bỏ được thải ra trong quá trinh hoạtđộng, sản xuất, chế biến của con người

 Nguồn gốc của phế thải

Phế thải có nhiều nguồn gốc khác nhau: rác thải sinh hoạt,rác thải đô thị, rác thải nông nghiệp, rác thải công nghiệp, nướcthải sinh hoạt, nước thải công nghiệp v.v…

 Nguyên nhân tạo ra phế thải

– Do dân số tăng nhanh

– Trình độ hiểu biết của nguời dân còn thấp

– Ý thức, trách nhiệm còn kém

– Các cấp chính quyền địa phương còn lơ là đối với việc quản

lí môi trường

– Quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ

 Phân loại phế thải

Phế thải rất đa dạng nhưng có thể xếp thành 3 nhóm: phếthải hữu cơ, phế thải rắn, phế thải lỏng

2 Tác hại và tác dụng của phế thải

 Tác hại của phế thải

– Làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng: ô nhiễm không khí,

ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất…

– Gây độc hại cho sức khỏe con người, vật nuôi và cây trồng.– Làm mất cảnh quan văn hóa v.v…

 Biện pháp chôn lấp

– Ưu điểm: Đơn giản và dễ làm

– Khuyết điểm:

+ Tốn kém diện tích đất

+ Thời gian xử lí lâu

+ Sinh ra nhiều khí độc như CH4, H2S, NH3… gây nên mùihôi thối

 Biện pháp đốt

 Biện pháp thải ra sông ngòi và ra biển

Đây là biện pháp rất nguy hiểm, gây ô nhiễm nghiêm trọngkhông khí, nguồn nước, tiêu diệt sinh vật sống trong nước, gây ônhiễm toàn cầu

 Biện pháp sinh học

Đây là biện pháp dùng công nghệ vi sinh vật để phân hủy rácthải, là biện pháp tối ưu nhất và đang được quan tâm sử dụngrộng rãi.

II – CHẾ PHẨM VI SINH VẬT DÙNG TRONG XỬ LÍ PHẾ THẢI SINH HOẠT (RÁC THẢI), PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP

1 Đặc điểm của rác thải, phế thải nông nghiệp

 Đặc điểm rác thải:

– Đó là một tập hợp không đồng nhất, cơ cấu thành phần luônbiến động và thay đổi theo mức sống của cộng đồng

– Đặc điểm rác thải sinh hoạt Việt Nam:

+ Thành phần hữu cơ chiếm 55 – 65%

+ Cấu tử phi hữu cơ (kim loại, thủy tinh, rác xây dựng…)chiếm 12 – 15%

+ Cấu tử khác chiếm 20 – 33%

 Đặc điểm phế thải nông nghiệp:

Là phế phẩm bỏ đi của quá trình sản xuất và chế biến trongnông nghiệp, tàn dư thực vật… chứa nhiều hợp chất xơ sợi khó

2 Thành phần của rác thải, phế thải nông nghiệp

- Các chất thải gia đình: rác, giấy loại

Cơ chế phân giải cellulose: Những vi sinh vật phát triển trên

hợp chất chứa cellulose tiết ra các loại enzyme thích hợp để phânhủy và chuyển hóa cellulose

 Hemicellulose

Hemicellulose có khối lượng khá lớn trong phế thải, chỉ đứngsau cellulose

Cơ chế phân giải hemicellulose: Phần lớn hemicellulose có tính

chất tương đồng với cellulose, do đó cơ chế phân giảihemicellulose 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 vi sinh vật dễ phân giải và phân giảinhanh hơn so với cellulose

 Lignin

Là những hợp chất cao phân tử có thành phần và cấu trúcphức tạp

Cơ chế phân giải lignin: Vi sinh vật tiết enzyme phân giải

lignin có khoảng 15 loại nhưng các enzyme đóng vai trò chủ chốtlà: Ligninaza, lignin pezocydaza, mangan pezocydaza và laccaza

Cellulose

3 Vi sinh vật phân giải rác thải sinh hoạt, phế thải nông nghiệp

 Vi sinh vật phân giải hợp chất chứa cellulose:

Gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh v.v…– Vi khuẩn:

+ Vi khuẩn hiếu khí: Cytophaga; Sporocytophaga; Sorangium; Cellvibrio

+ Vi khuẩn kị khí: Clostridium; Bacillus

+ Vi khuẩn sống ở dạ dày động vật ăn cỏ: Ruminococcus; Flavefaciens; Butyrivibrio; Bacteroides.

+ Ngoài ra còn có các chủng khác như: Cellulomonas; Acetobacter; Clostririum; Pseudomonas.

– Nấm sợi: Các loại nấm sợi phân giải mạnh cellulose là

Trichoderma; Penicillium; Phanerochate; Sporotrichum; Sclerotium Trong đống ủ phế thải có nhiều loại nấm như Aspergillus; Alternaria; Chaetomium; Coprinus; Fomes; Fusarium; Myrothecium; Penicillium; Polypones; Rhizoctonia; Rhizopus; Tricoderma

– Xạ khuẩn: Có 2 nhóm là xạ khuẩn ưa ấm (phát triển mạnh

ở 28 – 300C) và xạ khuẩn ưa nhiệt (phát triển mạnh ở 60 –

700C) Trong đống ủ phế thải có các loại xạ khuẩn như

Pseudonocardia; Cellulomonas

 Vi sinh vật phân giải hemicellulose:

– Vi khuẩn: Ruminococcus; Bacillus ; Bacteroides; Butyvibrio; Clostridium

– Nấm sợi: Aspegillus; Penicillium; Trichoderma

 Vi sinh vật phân giải lignin:

– Vi khuẩn: Pseudomonas; Xanthomonas; Acinebacter

– Nấm: Basidiomycetes; Acomycetes

– Xạ khuẩn: Streptomyces

4 Quy trình xử lí rác thải hữu cơ

 Phương pháp sản xuất khí sinh học (Bioga) - ủ yếm

khí

– Ưu điểm:

+ Thu được nhiều loại khí làm chất đốt

+ Không làm ô nhiễm môi trường

+ Phế thải sau khi xử lí được chuyển hóa thành phân hữu

cơ có hàm lượng chất dinh dưỡng cao được dùng để bóncho cây trồng

+ Khó khăn trong việc tuyển chọn nguyên liệu

 Phương pháp ủ phế thải thành đống, lên men tự

nhiên có đảo trộn

– Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện.

– Khuyết điểm: Mất vệ sinh, gây ô nhiễm nguồn nước và ônhiễm không khí

 Phương pháp ủ phế thải thành đống không đảo trộn

và có thổi khí

Ưu điểm: Các quá trình chuyển hóa nhanh, nhiệt độ ổn định,

ít ô nhiễm môi trường

 Phương pháp lên men trong các thiết bị chứa

Ưu điểm: Các vi sinh vật được tuyển chọn để bổ sung cho hệ

vi sinh vật tự nhiên có trong đống ủ nên quá trình xảy ranhanh, dễ kiểm soát, ít ô nhiễm

 Phương pháp lên men trong lò quay

– Ưu điểm: nhanh chóng

– Khuyết điểm: thực hiện phức tạp

 Phương pháp xử lí rác thải hữu cơ công nghiệp (ủ rác

theo phương pháp công nghiệp)

– Ưu điểm:

+ Mức độ tự động hóa cao

+ Rác được phân hủy tốt

+ Tạo được nguồn phân bón

– Ưu điểm:

+ Tiết kiệm chi phí vận chuyền

+ Dễ dàng thu gom nguyên liệu

+ Ứng dụng cho nhiều loại rác sinh hoạt, phế thải nôngnghiệp, công nghiệp v.v…

+ Tạo được nguồn phân bón

– Chế phẩm EM (Effective Micro-organisms) sử dụng trong xử lí

rác thải sinh hoạt, chuồng trại chăn nuôi và sản xuất rau an toàn.Quy trình sử dụng, bảo quản các loại chế phẩm EM rất đơn giản

và thuận tiện Chế phẩm được sản xuất từ các hợp chất hữu cơ,thảo dược và các vi sinh vật sống có ích, do đó không gây độc hạicho người sử dụng và môi trường Giá thành của các loại chếphẩm EM rẻ, phù hợp với người tiêu dùng trên địa bàn tỉnh

Chế phẩm EM gồm các loại:

+ Chế phẩm E.M 2: Là dung dịch được sản xuất từ EM gốc, có

tác dụng phân giải các chất hữu cơ, khử mùi hôi chuồng trạichăn nuôi, làm sạch môi trường; cải thiện tính chất hoá lí củađất; kích thích tiêu hoá, giúp tăng trưởng vật nuôi Được dùngtrong trồng trọt, chăn nuôi và xử lí môi trường

+ Chế phẩm E.M 5: Là dung dịch được sản xuất từ EM gốc.

Được sử dụng trong trồng trọt, dùng để xua đuổi côn trùng, diệttrừ một số sâu hại; hạn chế, phòng ngừa bệnh tật, sâu hại, tăngcường khả năng đề kháng, chống chịu của cây trồng

+ Chế phẩm E.M - F.P.E: Là dung dịch chiết xuất cây trồng được

lên men từ EM gốc Dùng trong trồng trọt nhằm bổ sung chấtdinh dưỡng, kích thích sinh trưởng cây trồng, làm tăng năng suất

và chất lượng cây trồng

+ Chế phẩm E.M - Bokashi chăn nuôi: Là hỗn hợp các chất hữu

cơ lên men với EM 2 Dùng trong chăn nuôi nhằm tăng cườngkhả năng tiêu hoá và hấp thụ các loại thức ăn tốt hơn, tăng khảnăng miễn dịch, chống lại bệnh tật, ngăn chặn mùi hôi trongchuồng trại

+ Chế phẩm E.M - Bokashi môi trường: Là hỗn hợp các chất hữu

cơ lên men với E.M 2 Trong trồng trọt dùng để xử lí đất trồng

trước và sau khi thu hoạch, xử lí phế thải nông nghiệp sau thuhoạch Trong chăn nuôi dùng để xử lí môi trường chuồng trạichăn nuôi, làm giảm thiểu mùi hôi chuồng trại và giúp cho vậtnuôi tránh được một số bệnh về hô hấp, bệnh ngoài da

– Chế phẩm vi sinh Biovina

+ Được dùng để xử lí chất thải tạo ra phân hữu cơ vi sinh

+ Giống vi sinh Biovina đảm bảo tính thuần khiết, ổn định, có khảnăng phân giải các chất hữu cơ nhanh, môi trường và điều kiệnnuôi cấy có sẵn ở Việt Nam, quy trình công nghệ đơn giản và dễthực hiện

+ Có 2 loại: Biovina 1: Xử lí rác thải

– Xử l rác thải ở nông thôn bằng Bio Micromix

Hình A: Mô hình đống ủ rạ xử lí tại ruộng bằng Biomix 1 (Micromix 3); Hình B: Sau khi

xử lí 30 ngày rơm rạ ở đống ủ có bổ sung chế phẩm vi sinh vật đã mủn và gãy vụn

Nước ao tại làng nghề tái chế nhựa Đông Mẫu, Yên Đồng, Yên Lạc, Vĩnh Phúc được xử lí

bằng Biomix 2 (Hình A: trước khi xử lí ; Hình B: sau khi xử lí)

III – CHẾ PHẨM VI SINH VẬT DÙNG TRONG XỬ LÍ PHẾ THẢI HỮU CƠ RẮN

Chất thải rắn có thể xử lí bằng phương pháp sinh học là chất thải

có các thành phần hữu cơ cao như: rác thải đô thị, phế thải nông côngnghiệp, chất thải rắn của các ngành chế biến nông sản và thực phẩmv.v…

1 Chất thải của ngành công nghiệp mía đường và các giải pháp xử lí.

a) Các loại phế thải của ngành công nghiệp mía đường

– Lá và ngọn mía: Đây là loại phế thải chính, chiếm khốilượng lớn (25 – 30%) với thành phần hóa học đa dạng như C;H; O; N; Si; cellulose; hemicellulose; lignin…

– Bã mía: là chất thải của công đoạn ép mía, chiếm 25 – 30%khối lượng đem ép Thành phần hóa học gồm cellulose;hemicellulose; lignin; chất béo; tro; silic…

– Bùn lọc: là chất thải của công đoạn làm trong nước mía thô,

có thành phần hóa học là chất béo; xơ; đường; SiO2; CaO;MgO; P2O5…

b) Nghiên cứu bước đầu về xử lí phế thải ngành mía đường

 Xử lí lá mía, ngọn mía:

– Hướng xử lí: Tái sử dụng lá mía, ngọn mía để thay thếphân chuồng bón cho cây mía

– Thực tiễn nghiên cứu:

+ Vũ Hữu Yêm, Trần Công Hạnh (1995 – 1997)nghiên cứu hiệu quả việc vùi lá và ngọn mía kết hợpvới phân NPK

+ Tác giả Nguyễn Xuân Thành, Nguyễn Đình Mạnh(2001 – 2002) nghiên cứu xử lí lá, ngọn mía bằng chếphẩm vi sinh vật Đây là phương pháp xử lí tiện lợi vàcho hiệu quả kinh tế cao

 Xử lí bã mía:

Có các hướng xử lí sau:

– Làm chất đốt phục vụ cho khâu chưng cất đường

– Sử dụng làm giá thể nuôi nấm ăn

– Trộn bã mía với đất có bổ sung các chất dinh dưỡng đểlàm bầu ươm cây giống

 Mùn mía:

Dùng men vi sinh vật phân hủy những chất còn lại trongmùn mía và dùng những chủng vi sinh vật có ích có bổ sungNPK để làm phân hữu cơ vi sinh vật bón cho ây trồng

c) Kết quả bước đầu về xử lí phế thải hữu cơ và bã mía.

– Xử lí vi sinh vật vào đống ủ có đảo trộn (xử lí hiếu khí vàbán hiếu khí): Vi sinh vật được hòa với nước và phun đều vàođống ủ, đảm bảo độ ẩm từ 60 – 70%, đống ủ được đánhthành luống (kích thước 2,0 x 1,5m) dọc theo sân ủ có máiche, cứ 15 ngày đảo trộn 1 lần

– Xử lí vi sinh vật vào bể ủ không đảo trộn (xử lí yếm khí):Cho phế thải vào bể mỗi lớp dày khoảng 30cm rồi phun dịch

vi sinh vật vào Khi đầy bể thì lấy bùn ao trát kín bề mặt bể

Quy trình xử lí chế phẩm vi sinh vật vào đống ủ phế thải

2 Phế thải công nghiệp chế biến cà phê và giải pháp xử lí.

a) Phế thải rắn từ vỏ cà phê.

– Thành phần có trong phế thải: chủ yếu là lignin, cellulose,hợp chất lignin-cellulose và các chất khác

– Vi sinh vật phân giải:

+ Nấm: Gồm các giống như Chladomyces; Penicilium; Trichderma; Fusariumoxysporium.

+ Vi khuẩn: Gồm các chủng như Sporocytophaga methanogenes; Rudbeckia hirta L.

– Biện pháp xử lí truyền thống ở Việt Nam là: Dùng một phần

vỏ cà phê để làm giá thể nuôi trồng nấm ăn, còn phần lớn đổ

vào môi trường gây ô nhiễm Hiện nay các nhà khoa học đangthử nghiệm xử lí bằng công nghệ vi sinh vật.

b) Một số kết quả bước đầu về xử lí phế thải vỏ cà phê bằng vi sinh vật.

– Ủ thành đống lớn không có vách ngăn ở ngoài trời, phunchế phẩm vi sinh vật Sau 4 tháng quá trình mùn hóa được80%

– Xử lí trong các hố trong vách ngăn ở trong nhà, phun chếphẩm vi sinh vật Sau 3 tháng quá trình mùn hóa được 80%.– Để tự nhiên ngoài trời không phun chế phẩm vi sinh vật (đốichứng) Sau 1 năm quá trình mùn hóa mới được 80%

c) Tái chế phế thải sau xử lí làm phân bón.

Vỏ cà phê ủ 3 – 4 tháng trộn với NPK, phân vi lượng và visinh vật hữu hiệu tạo thành phân hữu cơ vi sinh bón cho câytrồng Kết quả sau khi bón so với đối chứng:

- Cây mía: năng suất thực thu tăng 4 – 16%

- Cây ngô: năng suất thực thu tăng 12 – 25%

- Cà phê: năng suất thực thu tăng 11 – 19%

- Cao su: tăng tỉ lệ mủ sau một lần cạo

IV – CHẾ PHẨM VI SINH VẬT XỬ LÍ NƯỚC THẢI.

1 Nguồn nước thải.

 Nước thải sinh hoạt:

Chứa nhiều phân rác, các hợp chất hữu cơ, các muối hòa tan,nhiều loại vi sinh vật có hại, các loại trứng giun, sán…

 Nước thải công nghiệp:

Chứa hàm lượng cao các hợp chất hữu cơ (protein,carbonhydrate, dầu mỡ… ); hemicellulose; lignin; các hợp chấthóa học khó phân hủy khác; kim loại nặng,…

2 Khu hệ vi sinh vật và tác nhân gây bệnh trong nước thải.

a) Khu hệ vi sinh vật trong nước thải.

– Vi khuẩn gây thối: Pseudomonas fluorecens, P aeruginosa, Proteus vulgaris, Bac cereus, Bac subtilis, Enterobacter cloacae

– Vi khuẩn phân giải đường, cellulose, urea: Cellulose, urea: Bac cellosae, Bac mesentericus, Clostridium, Micrococcus urea, Cytophaga sp

– Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh: Thiobacllus, Thiothrix, Beggiatoa.

– Vi khuẩn nitrat hóa: Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans.

– Vi khuẩn phân giải hydrocarbon: Pseudomonas, Nocardia – Nấm: gồm các giống nấm men Saccharomyces, Candida, Cryptococcus, Rhodotorula, Leptomitus lacteus, Fusarium aquaeducteum

– Tảo: tảo silic Bacillariophyta; tảo lục Chlorophyta; tảo giáp Pyrrophyta.

b) Các tác nhân gây bệnh trong nước thải.

– Vi khuẩn gây bệnh thương hàn (Salmonella dyenteria).

– Vi khuẩn gây bệnh kiết lỵ (Shigella).

– Xoắn khuẩn gây chứng sưng gan, sưng thận và tê liệt thần

kinh trung ương (Leptospira).

– Vi khuẩn đường ruột (E Coli) và các vi khuẩn gây bệnh đường ruột thuộc nhóm Coliform.

– Vi khuẩn lao (Mycobacterium tuberculosis).

– Phẩy khuẩn tả (Vibrio cholera).

– Các chủng virus như Adenovirus; Echo; Coxsackie.

c) Vai trò của vi sinh vật trong việc làm sạch nước thải.

Vi sinh vật đóng vai trò chủ chốt trong quá trình tự làm sạchcủa nước thải

3 Các phương pháp xử lí nước thải.

a) Xây dựng trạm xử lí nước thải.

Sơ đồ hoạt động ở hồ oxy hóa

b) Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học.

 Khái niệm

Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học là cách xử lí nướcthải lợi dụng khả năng đồng hóa được nhiều nguồn cơ chấtkhác nhau của vi sinh vật để làm sạch hoàn toàn các loại nướcthải

 Thành phần và cấu trúc các loại vi sinh vật tham

gia xử lí nước thải:

– Sử dụng bùn hoạt tính (activated sludge) hoặc màng vi

sinh vật Đó là tập hợp các loại vi sinh vật với nhau

– Bùn hoạt tính là thể bông màu vàng nâu để dễ lắng, cókích thước 3 – 150nm, bao gồm các vi sinh vật sống (vikhuẩn, nấm men, nấm mốc, protozoa, dòi, giun… ) và cơchất rắn

 Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học trong

điều kiện tự nhiên

– Cơ sở khoa học: Dựa vào khả năng tự làm sạch của đất

và nước dưới tác động của các tác nhân sinh học có trong

tự nhiên để làm giảm lượng COD và BOD trong nước thải

để nước thải trở thành nước lành có thể sử dụng được

– Diễn biến quá trình: Thực hiện ở các cánh đồng tưới, bãi

lọc hoặc hồ sinh học Người ta cho nước thải chảy quacánh đồng hoặc ao hồ có sẵn, nước thải sẽ thấm qua lớpđất bề mặt còn cặn được giữ lại ở đáy ruộng hoặc ở đáy

ao hồ Trong quá trình tồn lưu nước ở đây, dưới tác dụngcủa các vi sinh vật cùng các loại tảo và thực vật sẽ diễn ra