VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Ngày 31-03-2016 - Đăng bởi: daonhung

Vi sinh vật là những tổ chức sinh vật rất nhỏ bé, có thể tập hợp lại thành một nhóm lớn hơn gồm nhiều loại khác nhau dưới những hình dạng không xác định, chúng có thể tồn tại dưới dạng đơn bào, đa bào hoặc một nhóm tế bào. Có thể nói, phần lớn vi sinh vật đóng vaitrò rất quan trọng trong các quá trình chuyển hóa sinh hóa, chúng có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy. Các loài vi sinh vật chiếm ưu thế trong từng quá trình xử lý sinh hóaphụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất dòng vào, điều kiện môi trường, quá trình thiết kế và cách thức vận hành hệ thống.

Tuy nhiên, không phải tất cả các vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyển hóa trong xử lý nước thải. Nếu như các điều kiện môi trường không còn phù hợp cho hoạt động của các loài vi sinh vật, hoặc số lượng các vi sinh trong hệ thống xử lý tăng đột biến, điều này sẽ gây cản trở cho quá trình chuyển hóa và làm giảm hiệu suất xử lý nước thải.

  1. Phân loại vi sinh vật
  2. Vi khuẩn

Nhóm Vi khuẩn Gram dương: Vi khuẩn là một tổ chức nguyên thủy, đơn bào, cơ thể chứa khoảng 85% là nước và 15% là các khoáng chất hay chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Ca, Cl và một lượng nhỏ Fe, Sivà Mg

  1. Vi khuẩn ký sinh : là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu
  2. Vi khuẩn hoại sinh :

dùng chất hữu cơ không hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô cơ. Bằng quá trình hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không xảy ra. Có rất nhiều loài vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đóng một vai trò đặc biệt trong mỗi công đoạn của quá trình phân hủy hoàn toàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó.

Hình dạng của một số loài vi khuẩn

Tất cả các vi khuẩn ký sinh và hoại sinh cần có thức ăn và oxy để đồng hóa. Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxy hòa tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, quá trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là quá trình hiếu khí hay quá trình oxy hóa. Một số loài khác trong số các vi khuẩn này không thể tồn tại được khi có oxy hòa tan trong nước. Những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kỵ khí và quá trình phân hủy gọi là quá trình kỵ khí, quá trình này tạo ra mùi khó chịu. Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxy hòa tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí lưỡng nghi. Ngược lại, cũng tồn tại một số loài vi khuẩn kỵ khí, khi có oxy hòa tan trong nước chúng không bị chết mà lại làm quen được với môi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kỵ khí lưỡng nghi. Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường có sự thay đổi của oxy hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trọng trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý

  1. Sinh vật nhân thực

động vật nguyên sinh là các sinh vật đơn Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phươngpháp sinh học bào nhưng cấu trúc tế bào phức tạp hơn, lớn hơn các vi khuẩn. Kích thước các động vật nguyên sinh thay đổi trong khoảng từ 4 – 500mm

  1. Tảo (Algae)

Tảo là sinh vật sống trong môi trường nước, chủ yếu là ở tầng mặt để có thể sử  dụng năng lượng mặt trời trong quang hợp (do chứa diệp lục tố clorophyll).

Chúng có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Mặc dù chúng không phải là sinh vật gây hại, nhưng chúng có thể gây ra một số vấn đề trong quá trình xử lý nước thải. Tảo phát triển làm cho nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo.

  • Tảo xanh Aphanizomenon blosaquae, Anabaena microcistic

… làm cho nước có màu xanh lam.

  • Tảo Oscilatoria rubecenslàm cho nước ngả màu hồng
  • Khuê tảo (Melosira, Navicula) làm cho nước có màu vàng nâu. Chrisophitlàm cho nước có màu vàng nhạt.Tảo phát triển cò laøm

cho nước có nhiều mùi khó chịu, như mùi cỏ, mùi thối,

6,. Nấm

Là một loại vi sinh, phần lớn là dạng lông tơ hoàn toàn khác với các dạng của vi khuẩn. Nói chung, vi sinh dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩn và không có vai trò trong giai đoạn phân hủy ban đầu các chất hữu cơ trong quá trình xử lý nước thải

Virut là một dạng đặc biệt chưa có cấu trúc cơ thể cho nên chưa được kể đến trong số 200.000 loài vi sinh vật nói trên. Số virut đã được đặt tên là khoảng 4.000 loài. Virut là một dạng sống khá đơn giản, với cấu tạo chung là có một nhân ở giữa mang vật chất di truyền và bao quanh là lớp vỏ protein. Chúng sinh trưởng bằng cách tấn công vào tế bào của các vật chủ (động vật, thực vật, vi khuẩn, …) và sinh sôi nảy nở trong tế bào các vật chủ này

  1. Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải

Nước thải mới thường ít vi sinh vật, đặc biệt là nước thải công nghiệp qua công đoạn xử lý nhiệt, có khi lúc đầu hầu như không có vi sinh vật. Nước thải trong hệ thống thoát nước qua một thời gian, dù rất ngắn, cũng đủ cho vi sinh vật thích nghi, sinh sản và phát triển tăng sinh khối (trừ những nước thải có chất độc, ức chế hoặc diệt vi sinh vật, như các loại nước thải có hàm lượng các kim loại nặng, các chất hữu cơ và vô cơ có tính độc, …). Sau một thời gian sinh trưởng, chúng tạo thành quần thể vi sinh vật có ở trong nước, đồng thời kéo theo sự phát triển của các giới thủy sinh.Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học

Quần thể vi sinh vật ở các loại nước thải là không giống nhau. Mỗi loại nước thải có hệ vi sinh vật thích ứng. Song, nói chung vi sinh vật trong nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh và dị dưỡng. Chúng không thể tổng hợp được các chất hữu cơ làm vật liệu tạo tế bào mới, trong môi trường sống của chúng cần phải có mặt các chất hữu cơ để chúng phân hủy,chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào, đồng thời chúng cũng phân hủy các hợp chất nhiễm bẩn nước đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước hoặc tạo thành các loại khí khác (CH4, H2S, Indol, mercaptan, scatol, N2, …).

Trong nước thải, các chất nhiễm bẩn chủ yếu là các chất hữu cơ hòa tan, ngoài ra còn có các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơ lửng. Các dạng này tiếp xúc với bề mặt tế bào vi khuẩn (trong nước thải vi khuẩn chiếm đa số trong hệ vi sinh vật) bằng cách hấp phụ hay keo tụ sinh học,sau đó sẽ xảy ra quá trình dị hóa và đồng hóa. Quá trình dị hóa là quá trình phân hủy cácchất hữu cơ có khối lượng phân lớn, có cấu trúc phân tử là mạch dài thành các hợp chất có mạch ngắn, có khối lượng thấp hoặc thành các đơn vị cấu thành, có thể đi qua được màng vào trong tế bào để chuyển vào quá trình phân hủy nội bào (hô hấp hay oxy hóa tiếp) hay chuyển sang quá trình đồng hóa.Quá trình tự làm sạch trong nước xảy ra rất phức tạp. Có 3 quá trình tự làm sạch trong nước: tự làm sạch vật lý, tự làm sạch hóa học và tự làm sạch sinh học. Quá trình tự làm sạch sinh học xảy ra thường xuyên và mạnh mẽ nhất, quá trình này quyết định mức độ tự làm sạch toàn diện của nước. Quá trình tự làm sạch sinh học xảy ra do động vật, thực vật và cả vi sinh vật, trong đó vi sinh vật đóng vai trò quan trọng nhất.

Như vậy, quá trình làm sạch nước thải gồm 3 giai đoạn:

-Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật.

-Khuếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm nước qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật.

-Chuyển hóa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.

Các giai đoạn này có mối kiên quan rất chặt chẽ. Kết quả là nồng độ các chất nhiễm bẩn nước giảm dần, đặc biệt là vùng gần tế bào vi sinh vật nồng độ chất

Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học hữu cơ ô nhiễm thấp hơn ở vùng xa. Đối với sản phẩm do tế bàovi sinh vật tiết ra thì ngược lại. Phân hủy các chất hữu cơ chủ yếu xảy ra trong tế bào vi sinh vật.

Quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào vi sinh vật gồm hàng loạt các phản ứng hóa sinh với 2 quá trình đồng hóa và dị hóa, chủ yếu là các phản ứng oxy khử. Mỗi phản ứng oxy hóa đều có enzym xúc tác thích ứng.

Phản ứng dị hóa cắt các chất hữu cơ mạch dài, phân chia các chất hữu cơ phức tạp thành các đoạn đơn giản hơn kèm theo sự giải phóng năng lượng sinh học.

Phản ứng đồng hóa thành các chất hữu cơ phức tạp từ các chất hợp phần đơn giản (các sản phẩm trung gian của quá trình dị hóa) và cần cấp năng lượng sinh học (thường lấy từ năng lượng đượcgiải phóng của các phản ứng dị ứng