Chương 9: Các ứng dụng trong môi trường

Như chúng ta biết, môi trường sống hiện đang bị ô nhiễm trầm trọng, giải quyết nạn chất thải vẫn là vấn đề hết sức nan giải, đặc biệt là chất thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến môi sinh. Ngoài ra, một khối lượng lớn chất thải dân dụng, rác thành phố, phế phẩm nông nghiệp... cũng đã và đang gây ô nhiễm nặng nề môi trường sống. Dân số của thế giới lại không ngừng tăng, nhu cầu tiêu thụ hàng hóa càng lớn, khối lượng hàng hóa phải sản xuất ra ngày càng nhiều, vì...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 9: Các ứng dụng trong môi trường Chương 9 Các ứng dụng trong môi trường I. Mở đầu Như chúng ta biết, môi trường sống hiện đang bị ô nhiễm trầm trọng, giải quyết nạn chất thải vẫn là vấn đề hết sức nan giải, đặc biệt là chất thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến môi sinh. Ngoài ra, một khối lượng lớn chất thải dân dụng, rác thành phố, phế phẩm nông nghiệp... cũng đã và đang gây ô nhiễm nặng nề môi trường sống. Dân số của thế giới lại không ngừng tăng, nhu cầu tiêu thụ hàng hóa càng lớn, khối lượng hàng hóa phải sản xuất ra ngày càng nhiều, vì thế lượng rác do sản xuất và tiêu thụ thải vào môi trường là không nhỏ. Cùng với sự phát triển của khoa học-kỹ thuật, loài người đang phải bắt đầu tìm cách giải quyết vấn đề bảo vệ môi trường bằng nhiều biện pháp khác nhau. Trong đó, các biện pháp công nghệ sinh học ngày càng tỏ ra ưu việt hơn so với các biện pháp khác. Nói chung, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường được giải quyết theo ba hướng sau: 1) Phân hủy các độc chất vô cơ và hữu cơ; 2) Phục hồi các chu trình trao đổi chất của C, N, P và S trong tự nhiên; 3) Thu nhận các sản phẩm có giá trị ở dạng nhiên liệu hoặc các hợp chất hữu cơ. Hiện tại có hai vấn đề cơ bản được đặt ra: 1) Giải quyết tiêu hủy một khối lượng khổng lồ các loại chất thải ngày càng nhiều mà không ảnh hưởng đến môi trường. 2) Vô hiệu hóa các loại chất độc sinh ra trong quá trình phân hủy các loại chất thải công nghiệp, đã gây ô nhiễm nghiêm trọng đất, nước, không khí, và gây nguy hiểm đến sức khỏe con người và động vật. Với sự phát triển của công nghệ sinh học nói chung và công nghệ DNA tái tổ hợp nói riêng, việc nghiên cứu và ứng dụng thành tựu công nghệ sinh học để giải quyết vấn đề môi trường được đặt ra cấp bách và thực sự đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi. II. Xử lý nước thải Cho đến nay, các chất thải trong hoạt động sống của con người đều được xử lý một cách tự nhiên nhờ vi sinh vật. Nhìn chung, quá trình này bao Nhập môn Công nghệ sinh học 302 gồm một số giai đoạn sau: 1) Loại bỏ phần rắn, tủa và cặn. 2) Phân hủy các chất hữu cơ tan trong nước nhờ vi khuẩn hiếu khí để tạo ra bùn non (còn gọi là bùn hoạt tính), bùn non sau đó bị loại bỏ hoặc được đưa vào bể phản ứng để tái sử dụng. 3) Tạo tủa và tách P và N (giai đoạn này có khi không cần thiết). 4) Xử lý bùn tạo ra ở giai đoạn 1 và 2 bằng phân hủy yếm khí. Quá trình này làm giảm thể tích cặn, số lượng vi sinh vật gây bệnh, làm mất mùi hôi và tạo ra nhiên liệu sinh học chứa khí methane, còn gọi là biogas. 1. Xử lý hiếu khí bằng hệ thống bùn hoạt tính Công nghệ xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính có công suất lớn hơn nhiều so với xử lý bằng bộ lọc thấm. Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm sau: do cường độ sử dụng lớn hơn, nên mức tiêu thụ năng lượng để khuấy trộn không khí cũng như số lượng sinh khối được tạo ra lớn hơn (Bảng 9.1). Công nghệ này thích hợp để xử lý nước thải cho các điểm dân cư đông đúc, vì nó chiếm ít diện ích hơn so với hệ thống xử lý theo công nghệ lọc thấm. Bảng 9.1. So sánh các quá trình xử lý nước thải khác nhau Xử lý hiếu khí Xử lý yếm khí Bùn hoạt tính MBR UASB BOD còn lại Thấp Rất thấp Cao N và P còn lại Thấp Thấp Cao Sản xuất bùn Cao Rất thấp Rất thấp Năng lượng Cao Cao Thấp Diện tích đáy Lớn Rất nhỏ Rất nhỏ Độ tin cậy Phần lớn là bùn Thô Nổi hạt nhỏ Chú thích: MBR: bể phản ứng sinh học màng (membrane bioreactor) UASB: bể phản ứng kiểu lớp phủ bùn thải yếm khí chảy lên (upflow anaerobic sludge blanket reactor). Nhập môn Công nghệ sinh học 303 Thực tế có khá nhiều hệ thống xử lý theo công nghệ này. Thiết kế của chúng khác nhau tùy thuộc vào hệ số thông khí và cách thức cung cấp khí (Hình 9.1). Bùn non trong hệ thống xử lý này chứa nhiều nước hơn so với bùn non trong bộ lọc thấm, vì vậy chứa ít chủng loại vi sinh vật hơn. Để quá trình xử lý đạt kết quả, việc xác định thành phần và nồng độ các chất trong nước thải là vấn đề quan trọng bậc nhất nhằm tạo điều kiện cho nhiều nhóm vi sinh vật tham gia quá trình xử lý. Các vi sinh vật quan trọng nhất là nhóm vi khuẩn tự dưỡng chất hữu cơ như: Achromobacter, Flavobacterium, Pseudomonas và Moraxella. Trường hợp nước thải có hàm lượng chất vô cơ cao, thì cần sự có mặt các loại vi khuẩn như: Thiobacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter và Ferrobacillus, chịu trách nhiệm oxy hóa S, NH3 và Fe. Bể thiếu oxygen Bể hiếu khí Bể lắng Nước thải Chất ...