ad
Loading: %

Các quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước thải (Phần 1)

1. Quá trình phân hủy hiếu khí. 
Các phản ứng xảy ra trong quá trình này là do các vi sinh vật hoại sinh hiếu khí hoạt động cần có oxi của không khí để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn vào trong nước.

Theo Eckenfelder W.W. và Conon D. J. (1961) quá trình phân hủy hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn: 

+ Oxi hóa các chất hữu cơ 

+ Tổng hợp xây dựng tế bào

+ Tự oxi hóa chất liệu tế bào (tự phân hủy)

Các vi sinh vật hoại sinh có trong nước thải hầu hết là các vi khuẩn hiếu khí, kị khí hoặc kị khí tùy tiện. Ta thấy các giống vi khuẩn như sau: Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Flavobacterium, Cytophaga, Micrococcus, Lactobacillus, Achromobacter, Spirochaeta, Clostridium và 2 giống nhiễm từ phân Enterobacterium, Streptococcus. Trong số này, giống Pseudomonas thường gặp ở hầu hết các loại nước thải, và sống khá lâu trong môi trường nước. Giống vi khuẩn Bacillus cũng tồn tại khá lâu trong nước thải và phân hủy được nhiều dạng các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là Protein và tinh bột. Các giống vi khuẩn Alcaligenes Flavobacterium cũng khá quan trọng gần như hai giống trên, ở nơi nào có sự phân hủy protein là có mặt hai giống này.

Giống Pseudomonas là những trực khuẩn gram (-), chuyển động do có tiên mao mọc ở một đầu. Trực khuẩn có thể là hình que thẳng hoặc hơi cong, không tạo thành bào tử và phát triển ở điều kiện hiếu khí. Nhiều loài của giống này ưa lạnh, nhiệt độ tối thiểu là - 2 đến 5°C, tối thích là 20 – 25°C. Tất cả Pseudomonas đều có hoạt tính amilaza và proteaza, đồng thời lên men được nhiều loại đường và tạo màng nhầy. pH môi trường dưới 5,5 sẽ kìm hãm vi khuẩn Pseudomonas phát triển và kìm hãm sinh tổng hợp proteaza. Nồng độ muối trong nước tới 5-6% thì sinh trưởng của vi khuẩn này bị ngừng trệ.

Vi khuẩn Bacillus là trực khuẩn rất phổ biến trong tự nhiên (ở đất, nước và trên các loại thực vật, như cỏ khô, khoai tây, rau quả v.v..). Hay gặp nhất là Bacillus subtilis (trực khuẩn khoai tây) và trực khuẩn cỏ khô (Bacillus mesentericus).

Chúng có hình que, gram dương đứng riêng rẽ hoặc kết thành chuỗi hoặc thành sợi. Đặc điểm của giống này là sinh bào tử, sống hiếu khí (hoặc kị khí tùy tiện), thường sinh enzim Proteaza và amilaza (chủ yếu là α - amilaza). Hai loài Bacillus này có nhiệt độ sinh trưởng thích hợp là 35 – 45°C (thường nuôi cấy ở 37°C), tối đa tới 60°C. Ở môi trường có pH dưới 4,5 chúng ngừng phát triển. 

Trong nước thải sinh hoạt, nước thải của các xí nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm, thủy sản, các trại chăn nuôi... rất giàu các chất hữu cơ, gồm 3 nhóm chất: protein 40 ÷ 50%, hidratcacbon 50% và chất béo 10%. Protein là polyme của các axit amin, là nguồn dinh dưỡng chính cho vi sinh vật. Hidratcacbon là các chất đường bột và xenlulozơ. Tinh bột và đường rất dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật, còn xenlulozơ bị phân hủy muộn hơn và tốc độ phân hủy cũng chậm hơn nhiều. Chất béo ít tan và vi sinh vật phân giải với tốc độ rất chậm. Việc thay thế xà phòng bằng các chất tẩy rửa tổng hợp cũng làm giảm lượng chất béo có trong nước thải. Trong nước thải có khoảng 20 ÷ 40% hàm lượng các chất hữu cơ không bị phân hủy bởi vi sinh vật.

Nghiên cứu kỹ các biến đổi sinh học, thấy các tác nhân ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình phân hủy hiếu khí gồm có:

- Phải đủ lượng oxi hòa tan ở trong nước để cung cấp cho đời sống vi sinh vật và các phản ứng oxi hóa - khử.

- Các chất hữu cơ có trong nước, trước hết là các chất hòa tan sẽ được phân hủy hoặc được vi sinh vật sử dụng, sau đó mới đến các chất khó tan hoặc không tan (các chất này cũng dần dần chuyển sang dạng tan).

- Hầu hết các vi khuẩn tham gia vào quá trình làm sạch là các thể hoại sinh, hiếu khí và ưa ẩm, đặc biệt là các phản ứng hóa sinh xảy ra ở các vi khuẩn là các phản ứng do enzim xúc tác. Vì vậy, nhiệt độ xử lý nước thải ảnh hưởng rất lớn đến đời sống vi sinh vật và động học các phản ứng enzim. Nhiệt độ thích hợp cho các quá trình xử lí nước thải là 20 ÷ 40°C, tối ưu là 25 - 35°C, nhiệt độ thấp nhất vào mùa đông là 12°C.
Oxi hòa tan để cung cấp cho các quá trình sống của vi sinh vật trong nước, ngoài lượng hòa tan tự nhiên còn cần phải bổ sung trong các công trình xử lý nước thải. Có như vậy mới đảm bảo cho quá trình xử lí đạt kết quả.

Oxi cung cấp cho quá trình phân hủy chất hữu cơ có thể chia thành hai pha (hay giai đoạn): pha cacbon - phân hủy các hợp chất hidratcacbon giống như quá trình hô hấp nói chung, giải phóng ra năng lượng, COvà nước cùng một số vật liệu tế bào; pha nitơ - phân hủy các hợp chất hữu cơ có chứa N trong phân tử, như các chất protein các sản phẩm phân hủy trung gian (các peptit, pepton, các axit amin) và giải phóng ra NH3. NH3 hay NH4+ là nguồn nitơ dinh dưỡng được vi sinh vật sử dụng trực tiếp cho xây dựng tế bào. 

Từ các axit amin và NH3, vi sinh vật có thể tổng hợp thành các protein mới, các enzim và tạo thành tế bào mới. Lượng NHdư không được dùng hết cho việc xây dựng tế bào sẽ được vi khuẩn Nitromonas chuyển thành nitrit (NO2¯) và từ nitrit chuyển thành nitrat (NO3¯) nhờ vi khuẩn Nitrozobacter, sau đó nhờ các vi khuẩn phản nitrat hóa chuyển thành nitơ phân tử (N2) bay vào không khí. Pha nitơ này cũng cần phải có oxi, tuy rằng lượng oxi cung cấp cho các vi khuẩn nitrat hóa này không bằng pha cacbon, song tổng lượng oxi cung cấp là lớn. Các vi khuẩn khử nitrat cần điều kiện hiếu khí thấp (thiếu khí_ anoxic). Do vậy, quá trình khử nitrat thành nitơ phân tử nhờ các vi khuẩn khử nitrat ở điều kiện thiếu khí. Đó là Achronobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Spirillum. Những vi khuẩn này đều là dị dưỡng có khả năng khác nhau trong sự khử nitrat theo 2 bước:

- Chuyển hóa nitrat thành nitrit.

- Tạo ra nitơ oxit, dinitơ oxit và khí nitơ.

Sản phẩm của bước sau là dạng khí, có thể được bay vào khí quyển. Những vi khuẩn nitrat hóa rất mẫn cảm và chịu đựng được nhiều chất kìm hãm, chúng hoạt động mạnh ở khoảng pH = 7,5 ÷ 8,6; nhưng các vi khuẩn nitrit – nitrat hóa có thể phát triển ở pH thấp. Chúng cần một lượng oxi hòa tan trong nước dưới giá trị tới hạn (nếu quá sẽ là tác nhân ức chế quá trình).

Điều kiện chung cho các vi khuẩn nitrat hóa là pH: 5,5 ÷ 9, nhưng tốt nhất là 7,5, khi pH < 7 vi khuẩn phát triển chậm lại, oxi hòa tan cần là 0,5 mg/l, nhiệt độ từ 5 đến 40°C. Nhiều vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc có hoạt tính Proteaza đều phân hủy được protein, trong đó có các loài thuộc các giống vi khuẩn Bacillus, Proteus, Pseudomonas, Chromebacterium Clostridium, E.coli...; nhiều loại xạ khuẩn thuộc giống Streptomyces Actinomyces; nhiều loài nấm mốc thuộc các giống Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, ... Sản phẩm tạo thành là NH4+.

NH4+ được tạo thành trong quá trình amon hóa nhờ rất nhiều loài vi sinh vật, được các loài vi khuẩn sử dụng làm nguồn N dinh dưỡng, đồng hóa để xây dựng tế bào mới, tảo và các thực vật nổi khác cũng dùng nguồn nitơ này cùng với COvà P để tiến hành quang hợp. Ngoài ra NH4+ nhờ vi khuẩn nitrat hóa chuyển thành NO2, NO3 hoặc bị vi khuẩn phản nitrat hóa chuyển thành nitơ phân tử bay vào không khí.

Tham khảo: Lương Đức Thẩm. Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG THÔNG ĐIỆP XANH

Địa chỉ: 20G Phan Văn Sửu, Phường 13, Quận Tân Bình, Tp. Hồ Chí Minh

Tel: (84.028) 3814 3583

Fax: (84.028) 3814 3591

Email: thongdiepxanh@gmail.com

Hotline: 0903. 926. 077

đăng ký nhận bản tin

Đăng ký ngay để nhận thông tin mới nhất từ Thông Điệp Xanh

Brochure Thông điệp xanh
Download