Đang tải... (xem toàn văn)
giáo trình công nghệ sinh học môi trường Bài 2 xử lý N,P
THC S VƯU NGC DUNG 4/22/14 1 1. GII THIU 2. QU TRNH LOI B NITƠ BNG PHƯƠNG PHP SINH HC 3. QU TRNH LOI B PHOTPHO BNG PHƯƠNG PHP SINH HC 4. XỬ LÝ CC ION KIM LOI N'NG TỪ NƯC THẢI 4/22/14 2 Sự ô nhiễm nguồn nước do hàm lượng N-NH 3, N-NO 3 - , P trong nước dư thừa sẽ gây nên hiện tượng “phú dưỡng hoá”. Nguồn dinh dưỡng cho rong tảo và một số thực vật nước “bùng nổ” Sinh trưởng và phát triển quá độ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sinh hoạt và các thuỷ vực nuôi trồng thuỷ sản. N-NO 3 - có thể gây bệnh thiếu máu cho người ở nồng độ cao và nó là một tiền chất của N-nitroso, Nitrosamin, có khả năng gây ung thư mạnh nhất hiện nay. Phương pháp thực tiễn duy nhất và hiệu quả nhất là tập trung kiểm soát hàm lượng Photpho và Nitơ trong nước. Xử lý sinh hóa nước thải chứa N, P là căn cứ vào quá trình chuyển hóa của N và P trong nước thải. !" 4/22/14 3 Quá trình loại nitơ cần phải trải qua tối đa 3 giai đoạn theo thứ tự: Ammonia hoá nitro hoá khử nitro hoá #$"%&' % 4/22/14 4 4/22/14 5 #(#$)*+, /0112.30/40 Quá trình phân huỷ protein và các amino acid theo nhiều cơ chế ammonia hoá khác nhau, bao gồm: khử amin theo thuỷ phân, R–NH 2 + H 2 O → R–OH + NH 3 oxi hoá, R–CHNH 2 COOH + H 2 O → R–CO–COOH + 2 (H) + NH 3 khử R–CHNH 2 –COOH + 2 (H) → R–CH 2 -COOH + NH 3 và khử bão hòa R–CH 2 –CHNH 2 –COOH → R–CH=CH–COOH + NH 3 4/22/14 6 Ammonia tạo ra từ quá trình cắt urea và quá trình ammonia hoá các amino acid các vi khuẩn đồng hoá cho quá trình tăng trưởng trong quy trình xử lý hiếu khí (tạo thành bùn thừa). Vi khuẩn: 50% protein tỉ lệ nitơ trong protein là 16%. Để tổng hợp thành 1 g sinh khối vi khuẩn, lượng N-ammonia cần tiêu thụ vào khoảng 0,08 g. Để loại bỏ lượng ammonia không cho tăng trưởng tế bào: qua quá trình nitro hoá (1) khử nitro hoá (2) khí nitơ phân tử (N 2 ) hoặc quá trình oxy hoá kỵ khí nitrite (3). 4/22/14 7 ##$)*+, /.3+,0+5/400112.30 Nitrate hóa tự dưỡng Vi khuẩn nitro hoá tự dưỡng là các vi sinh vật hiếu khí: oxy hoá ammonia thành nitrite NH 4 + + 1,5 O 2 → NO 2 – + 2 H + + H 2 O NO 2 – + 0,5 O 2 → NO 3 – Quá trình oxy hoá ammonia thành nitrite hay oxy hoá nitrite thành nitrate là các quá trình tạo ra năng lượng dùng cho sự tăng trưởng tự dưỡng của các vi khuẩn nitro hoá. 4/22/14 8 Nitrate hóa dị dưỡng Một vài loài vi khuẩn có khả năng xúc tác quá trình nitro hoá dị dưỡng của các cơ chất hữu cơ chứa nitơ: R–NH 2 → R–NHOH → R–NO → NO 3 – Các vi khuẩn nitro hoá dị dưỡng oxi hoá các hợp chất nitơ có tính khử nhưng không tạo ra năng lượng khi hình thành nitrate. Ví dụ như hydroxylamine và các chất chứa nitơ vòng thơm và nitơ không vòng. Một vài loại vi khuẩn nitro hoá dị dưỡng có khả năng khử nitrate hoặc nitrite trong điều kiện tăng trưởng hiếu khí. Trong điều kiện tăng trưởng hiếu khí, enzyme khử nitrate ngoại vi được biểu hiện, xúc tác quá trình khử nitrate ít nhất trở thành dạng nitơ oxyt. 4/22/14 9 (#6#6#/7.3+,0+5/40(loại bỏ nitrate khỏi nước thải) Vi khuẩn hiếu khí có khả năng chuyển từ cơ chế oxy hoá sang quá trình hô hấp nitrate. Quá trình hô hấp nitrate của các vi khuẩn dị dưỡng cần nguồn carbon phức hợp làm nguồn cung cấp điện tử cho quá trình khử nitrate. CH 3 OH + H 2 O CO 2 + 6H + + 6e - CH 3 COOH + 2 H 2 O 2CO 2 + 8H + + 8e - 4/22/14 10 [...]... quy trình Anamox: Ammonia bị oxi hoá nitơ Nitrite đóng vai trò chất nhận điện tử 4 /22 /14 12 Cố định N N2 NH4 NO2 NO3 + - - Chu trình N mới có thêm mắt xích anamox [2] 4 /22 /14 13 Nitrite bị khử thành hydroxylamine 2 HNO2 + 4 XH2 → 2 NH2OH + 2 H2O + 4 X Sau đó, phản ứng với ammonia tạo thành hydrazine (N 2H4) 2 NH2OH + NH3 → 2 N2H4 + 2 H2O Qua quá trình oxi hoá hydrazine thành nitơ phân tử 2 N2H4... tranh 4 /22 /14 15 Chu trình chuyển hoá Nitơ bởi vi sinh vật [2] 4 /22 /14 16 3 QUÁ TRÌNH LOẠI BỎ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC QUÁ TRÌNH LOẠI PHOSPHATE BẰNG BIỆN PHÁP TĂNG CƯỜNG SINH HỌC 4 /22 /14 17 Vi sinh vật phosphate quá trình tăng trưởng tế bào Trong tế bào vi khuẩn tích luỹ polyphosphate ( 12% ), vi khuẩn không tích luỹ phosphate (1 – 3%) Acinetobacter sp quá trình hô... β-hydroxybutyrate thu năng lượng cho quá trình tăng trưởng, duy trì hoạt động sống, quá trình tạo glycogen và quá trình trùng hợp phosphate hấp thu trong nước thải 4 /22 /14 18 Các vi khuẩn tích luỹ polyphosphate trải qua các điều kiện môi trường kỵ khí và hiếu khí theo trình tự Photpho được xử lý một phần vào tạo tế bào vsv, một phần tạo năng lượng và số khác là các chất sinh ra như acid béo hữu cơ 10... Quy trình tích luỹ sinh học các ion kim loại phụ thuộc vào hoạt động sống và biến dưỡng của tế bào Quá trình hấp phụ sinh học các ion kim loại gồm các cơ chế như trao đổi ion, tạo phức, bẫy ma trận, hấp phụ bề mặt Sau quá trình hấp phụ sinh học hoặc loại bỏ chủ động các ion kim loại từ nước thải hoặc đất ô nhiễm, sinh khối chứa kim loại cần phải được tách biệt và đốt hoặc tái chế thông qua quá trình. .. tử 2 N2H4 + 4 X → 2 N2 + 4 XH2 4 /22 /14 14 Trong môi trường có lượng oxy giới hạn các vi khuẩn oxi hoá ammonia kỵ khí và hiếu khí là kết hợp với nhau một cách tự nhiên Ví dụ như mặt giao giữa vùng có oxy và thiếu oxy của màng sinh học hoặc bông bùn Ammonia bị oxy hoá thành nitrite và đồng thời, hàm lượng oxy giảm Vi khuẩn anammox chuyển đổi nitrite và lượng ammonia còn lại thành N 2 Khi hàm lượng... tách biệt và đốt hoặc tái chế thông qua quá trình giải hấp hoặc tái linh động hoá các kim loại 4 /22 /14 21 Bảng: Các kim loại đóng vai trò chất nhận điện tử trong hô hấp kỵ khí [1] 4 /22 /14 22 Các kim loại hoá trị bốn có thể loại bỏ bằng các chất tạo phức (như EDTA) hoặc cố định trong sinh khối từ môi trường ô nhiễm Nấm có khả năng rửa các muối kim loại dạng hoà tan cũng như không tan, do nấm tiết... thể được loại bỏ nhờ vi sinh vật thông qua tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên trạng thái oxy hoá khử của các ion kim loại hoặc thông qua quá trình hấp phụ sinh học các ion kim loại lên bề mặt tế bào Một số loại vi sinh vật cũng phát triển cơ chế kháng lại các kim loại gây độc bằng cách thay đổi trạng thái oxy hoá để không làm tác động đến quá trình tăng trưởng kỵ khí 4 /22 /14 20 Một số loài vi khuẩn,... tác quá trình hình thành NO Enzyme khử NO (c) và enzyme khử N 2O – nito dioxit (d) tạo ra N2 Nhiều loại vi khuẩn khử nitrate có thể sử dụng NO2–, NO hay N2O làm chất nhận điện tử cuối cùng thay thế cho nitrate Ngoại trừ quá trình khử nitrate dị hoá, nhiều loại vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí có khả năng khử nitrate đồng hoá để cung cấp ammonia cho sự tăng trưởng tế bào, nồng độ ammonia < 1 mM 4 /22 /14... 30% photpho được khử trong quá trình khử BOD Trong điều kiện kỵ khí, sulfate bị khử thành sulfide, một lượng nhỏ sulfide cần thiết cho sự tăng trưởng nhưng sẽ gây độc cho vi khuẩn nếu tồn tại dưới dạng H2S ở hàm lượng cao pH kiềm nhẹ trong điều kiện kỵ khí, hầu hết sulfide kết tủa dưới dạng sulfide kim loại nặng, do đó, không gây độc cho vi sinh vật và môi trường 4 /22 /14 19 4 XỬ LÝ CÁC ION KIM... dạng hoà tan cũng như không tan, do nấm tiết ra các acid hữu cơ như acid citric, acid fumaric, acid lactic, acid gluconic,…các acid này hoà tan các muối kim loại và tạo thành phức với ion kim loại 4 /22 /14 23 . điện tử. 4 /22 /14 12 /)+, /1B3C4+/D11E+9=C/0.0 129 FG 8 H I 6 - Cố định N 4 /22 /14 13 Nitrite bị khử thành hydroxylamine 2 HNO 2 + 4 XH 2 → 2 NH 2 OH + 2 H 2 O + 4 X Sau. ammonia tạo thành hydrazine (N 2 H 4 ) 2 NH 2 OH + NH 3 → 2 N 2 H 4 + 2 H 2 O Qua quá trình oxi hoá hydrazine thành nitơ phân tử 2 N 2 H 4 + 4 X → 2 N 2 + 4 XH 2 4 /22 /14 14 Trong môi trường. NH 3 oxi hoá, R–CHNH 2 COOH + H 2 O → R–CO–COOH + 2 (H) + NH 3 khử R–CHNH 2 –COOH + 2 (H) → R–CH 2 -COOH + NH 3 và khử bão hòa R–CH 2 –CHNH 2 –COOH → R–CH=CH–COOH + NH 3 4 /22 /14 6 Ammonia tạo