Công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm môi trường

GVHD : TS. Nguyễn Hữu Đức
SV : Nguyễn Thúy Hoa
Lê Ngọc Khánh
Nguyễn Việt Tiệp
1
2
1
2
3
CÔNG NGHỆ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CÔNG NGHỆ SINH HỌC XỬ LÝ
KHÍ THẢI
CÔNG NGHỆ SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN
3
Khái niệm về chất thải rắn
4
Dạng rắn
Dạng bùn
Chất thải
rắn
Đô thị
Công nghiệp
Nông nghiệp
5
Ưu điểm
+ Công nghệ đơn giản, rẻ và phù hợp với nhiều loại rác thải
+ Chi phí cho các bãi chôn lấp thấp
Nhược điểm
+ Chiếm diện tích đất tương đối lớn
+ Không được sự đồng tình của dân cư xung quanh
+ Tìm kiếm và xây dựng bãi mới là việc làm rất khó khăn
+ Nguy cơ dẫn đến ô nhiễm môi trường nước, khí, cháy, nổ
6
Biện pháp chôn lấp
Chôn theo từng gò rác có lớp phủ hằng ngày
Chôn theo từng lớp rác có lớp phủ hằng ngày
7
Phân hủy hiếu khí
Điều kiện yếm khí bắt đầu
Đẩy mạnh quá trình acid hóa
Giai đoạn methan hóa
4
1
2
3
Quá trình sinh khí trong bãi chôn lấp rác thải.
Tiếp tục phân hủy các chất hữu cơ
5
8
Ưu điểm của xử lý rác thành phân hữu cơ
Rác được tái chế thành phân hữu cơ cung cấp cho nông nghiệp
Thay thế một phần việc sử dụng phân hóa học và không gây tổn hại cho cây trồng
Cải tạo đồng ruộng về mặt vật lý
Sử dụng dể dàng và an toàn
Các vấn để tồn tại

Gặp khó khăn trong tiếp thị sản phẩm

Chất lượng sản phẩm còn chưa ổn định

Diện tích để xây dựng nhà xưởng còn khá lớn
9
Phương pháp
10
Ủ yếm khí
Ủ hiếu khí
Nguyên lý ủ phân ở chế độ hiếu khí

- Chủ yếu sử dụng các chủng vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên

Bổ sung thêm một số chế phẩm vi sinh vật phân giải mạnh

- Điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, oxy, độ thoáng khí, pH và các chất dinh dưỡng
11
Vi nấm:
Vi khuẩn
Ngoài ra
Xạ khuẩn và niêm vi khuẩn
+ Vi khuẩn nitrit hóa
+ Vi khuẩn nitrat hóa
+ Vi khuẩn cố định nitrogen
+ Phân giải Phospho
hữu cơ
+ Phân giải Phospho
vô cơ
+ Ngoài ra
Xạ khuẩn và vi nấm
Vi sinh vật phân giải cellulose
Vi sinh vật phân giải protein
Vi sinh vật phân giải tinh bột
Vi sinh vật phân giải phosphate
Các vi sinh vật tham gia
quá trình phân hủy
Vi nấm
Vi khuẩn
Xạ khuẩn
12
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ hiếu khí và chất lượng sản phẩm
pH
Nhiệt độ
2
4
Tỷ lệ C/N, N/P
6
Phân loại và nghiền.
Độ thoáng khí và phân phối oxy
Độ ẩm
1
3
5
Các chất kìm hãm vi sinh vật
7
13
Ủ thành đống
không đảo trộn
có thổi khí
cưỡng bức.
Lên men trong
các thiết bị chứa
Lên men trong lò quay
M1
M2
M4
M3
Ủ thành đống
lên men có
đảo trộn
Các phương pháp làm phân ủ
14
Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử dưới tác dụng của các enzyme hydrolase thành các hợp chất thấp phân tử
Sản phẩm trung gian của giai đoạn 2 sẽ chuyển hóa thành các sản phẩm cuối cùng là CH4 và CO2
Các acid hữu cơ phân tử nhỏ và các chất trung tính khác được hình thành do lên men đường, phân giải acid béo và khử amine
Thủy phân
(hydrolyse)
Lên men
acid
hữu cơ
(Acidogene)
Methan
hóa
methanogene
Quá trình phân hủy yếm khí
15
Vi sinh vật tham gia vào quá trình thủy phân và acid hóa
Phân hủy cellulose
Bacillus,
Pseudomonas, Acaligenes
Phân hủy tinh bột
Micrococus, Lactobacillus, Pseudomonas, Clostridium
Phân hủy protein
Bacillus,
Clostridium, E.coli
Phân hủy lipid
Bacillus, Pseudomonas, Acaligenes, Bacterioides
16
Các yếu tố
ảnh hưởng tới quá trình
phân hủy
yếm khí
 Ảnh hưởng của loại cơ chất
 Nồng độ cơ chất
 Chủng loại vi sinh vật
 Ảnh hưởng của nhiệt độ
 pH
 Điều kiện môi trường
 Nhu cầu oxy hóa học
 Các chất kìm hãm
17
Các dạng thiết bị thường gặp
Thiết bị yếm khí tiếp xúc
Thiết bị yếm khí tầng sôi và thiết bị yếm khí loại đệm
18
Phải có hoạt tính sinh học cao
Phải sinh trưởng mạnh
Tác dụng cải tạo đất tốt
Không độc hại
Bổ sung vào đống ủ một số nhóm vi sinh vật
19
Lựa chọn chủng giống
vi sinh vật xử lý
rác thải
làm phân
Có khả năng sinh trưởng mạnh
Xử lý sinh học đối với phế thải công nghiệp
Chế biến sữa
Sản xuất giấy
Chứa chất màu
Ô nhiễm dầu mỏ
Phân hủy sinh học các chất tổng hợp hữu cơ
Các dẫn xuất hữu cơ chứa clo
Các dẫn xuất nhân thơm có nhóm đơn thể
Thuốc trừ sâu
Các chất tẩy rửa
20
Phế thải
Nông nghiệp
Xử lý hiếu khí
phế thải trong
nông nghiệp

- Hồ chứa để
oxy hóa
- Hệ thống xử lý bể bậc thang
Xử lý trong rãnh Pasveer
( Pasveer Ditch )
Xử Lý phế thải nông nghiệp ở
điều kiện yếm khí

- Lên men ở điều kiện yếm khí
Tạo ra khí sinh học (methan, CO2, …)
Lên men bằng
vi khuẩn yếm khí sinh methan
21
2
CÔNG NGHỆ SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI
22
Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước
 Do vậy, điều kiên đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần thể
vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ
Không có các chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ
vi sinh vật trong nước thải, chú ý đến hàm lượng kim loại nặng
Chất hữu cơ trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn carbon và năng lượng cho vi sinh vật
23
Cơ sở của phương pháp
24
Các vi khuẩn thực hiện quá trình biến đổi chất hữu cơ theo các phương trình phản ứng sau
Quá trình oxy hóa và tổng hợp
COHNS + O2 + chất dinh dưỡng → CO2 +NH3 + C5H7NO2 + các sản phẩm cuối khác (chất hữu cơ)
Quá trình hô hấp nội bào
C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + NH3 + H2O2 + năng lượng
Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lí
Nhiệt độ
pH
Nồng độ chất dinh dưỡng cho vi sinh vật
Nồng độ các chất bẩn hữu cơ
Oxy
25
Các dạng xử lý
hiếu khí thường gặp
Xử lý hiếu khí sinh trưởng lơ lửng
Bể phản ứng theo mẻ
Quá trình tiêu hủy hiếu khí
Quá trình bùn hoạt tính
Hồ hiếu khí
Xử lý hiếu khí sinh trưởng gắn kết
Lọc phun hay lọc nhỏ giọt
Các đĩa quay sinh học
Bể lọc sinh học
26
Cơ sở của phương pháp
Quá trình methan hóa (Methanogensis) Đó là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy các sản phẩm hữu cơ đơn giản của những giai đoạn trước để tạo thành CH4 và CO2 nhờ các vi khuẩn lên men methan
Quá trình acetate hóa (Acetogenesis) Các acid là sản phẩm của quá trình trên lại được tiếp tục thủy phân để tạo lượng acid acetid cao hơn. Vi sinh vật có thể thực hiện biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng sau
4H2 + CO2 → CH4 + H2O
Quá trình acid hóa (Acidogenesis) Các sản phẩm của quá trình thủy phân sẽ được tiếp tục phân giải dưới tác động của các vi sinh vật lên men acid béo dễ bay hơi như acid acetic, acid formic, acid propionic
Quá trình thủy phân (Hydrolysis) Thủy phân các chất có phân tử lượng cao thành các polymer có phân tử lượng thấp và monomer
27
Các yếu
tố
ảnh hưởng đến quá trình xử lý
Oxy
Chất dinh dưỡng
Nhiệt độ
pH
Các độc tố formaldehyde, SO2, H2S, S2- , NH4
28
Xử lý yếm khí với sinh trưởng lơ lửng
Hồ yếm khí
Nguyên tắc tạo nên điều kiện yếm khí
29
Hồ yếm khí

* Ưu điểm
- Xử lý yếm khí sinh ra ít bùn hơn so với xử lý hiếu khí và không cần thiết bị thông khí

* Nhược điểm
- Phân hủy không triệt để nên nước thải cần được đưa qua hệ thống hiếu khí tiếp theo
- Quá trình phân hủy yếm khí cần nhiệt độ khá cao
30
Tiêu hủy yếm khí, bể USAB
(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Tiêu hủy yếm khí là phương pháp cổ xưa nhất được sử dụng để ổn định bùn
Ổn định bùn đặc được tạo ra từ phương pháp xử lý nước thải và trong việc xử lý nước thải công nghiệp
Hai loại thiết bị tiêu hủy yếm khí được sử dụng rộng rãi là bể có tốc độ chuẩn và bể có tốc độ cao
31
Lọc yếm khí sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ
Lọc yếm khí là một tháp lọc chứa đầy các loại vật liệu rắn dùng để khử các chất hữu cơ có trong nước thải

Nhược điểm bể lọc yếm khí thường phù hợp với việc xử lý nước thải với độ
ô nhiễm thấp, ở nhiệt độ thường
32

Nitrogen và phospho là những chất dinh dưỡng cơ bản cần quan tâm khi xả nước thải đã xử lý

Kiểm soát nitrogen và phospho là một yêu cầu quan trọng trong việc quản lý chất lượng nước cũng như đối với việc thiết kế các công trình xử lý
33
34
3
CÔNG NGHỆ SINH HỌC XỬ LÝ
KHÍ THẢI
Khí thải có chứa nhiều các dẫn xuất lưu huỳnh ở dạng khí như: thiosulphate, H2S, methyl mercaptan và dimethyl sulphite

Các chất này là nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của các vi sinh vật hiếu khí và yếm khí

Phân rã hiếu khí
H2S + 2O2  H2SO4
(CH3)2S +5O2  2CO2 _H2SO4 + 2H2O
Phân rã yếm khí

H2S + 8NaNO3  4NaSO4 + H2SO4
(CH3)2S+ 4NaNO3 NaSO3+2Na2OH +2H2O +2N2 +2CO2
35
Các
hệ thống làm sạch khí thải bằng phương pháp
sinh học
Tấm lọc sinh học (Bio - filter)
Thành phần chính của Bio-filter là lớp lọc hấp thụ các chất độc từ không khí bị nhiễm bẩn

Phân ủ, than bùn và các chất có nguồn gốc tự nhiên tương tự được sử dụng làm lớp lọc

Không khí cần làm sạch được đưa vào bằng quạt gió, sau đó được phân hủy bằng các vi sinh vật
36
Các thiết bị làm sạch sinh học
37
(1) Bộ phận thu góp
(2) Ống dẫn khí nhiễm bẩn
(3),(11),(13)
Ống dẫn khí sạch
(4) Màng lọc
(6) Vòi phun
(5),(8),(9),(10),(14),(15) Hệ thống ống dẫn
Các
hệ thống làm sạch khí thải bằng phương pháp
sinh học
Các Bioreactor chứa
các màn lọc polymer
38
Các
hệ thống làm sạch khí thải bằng phương pháp
sinh học
Container (3) Bộ phận chuẩn bị
(4) Thiết bị chứa không khí

Cảm ơn sự chú ý lắng nghe của thầy và các bạn