Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật và vi tảo lam Spirulina trong xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô - Phần 1.
Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa MỞ ĐẦU Nền kinh tế xã hội nông nghiệp nước ta hình thành phát triển từ lâu đời với lịch sử lâu dài dựng nước giữ nước dân tộc Trong suốt tiến trình phát triển lâu dài ấy, làng nghề truyền thống hình thành phát triển nơng thơn Việt Nam đóng vai trị quan trọng kinh tế Sự phát triển làng nghề góp phần giải việc làm cho nhiều lao động, nâng cao thu nhập cho người dân địa phương nói riêng mà cịn góp phần vào phát triển kinh tế nước nói chung Đặc biệt, kinh tế thị trường với sách phát triển kinh tế nhiều thành phần nước ta nay, làng nghề truyền thống phát triển mạnh mẽ Sự phát triển làng nghề đem lại nhiều lợi ích kinh tế song song với tiềm ẩn nguy gây ô nhiễm môi trường Thực trạng ô nhiễm môi trường làng nghề truyền thống sở ngành nghề nông thôn gia tăng Do ý thức bảo vệ mơi trường cịn thấp người trình sản xuất, loại chất thải thải môi trường sống xung quanh mà không thu gom xử lý triệt để nên tình trạng ô nhiễm môi trường xảy nghiêm trọng làng nghề truyền thống Việt Nam Là làng nghề truyền thống vốn có từ lâu đời thành phố Hà Nội, làng nghề sản xuất bún Phú Đô phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Từ trước tới nay, nước thải làng nghề xả trực tiếp xuống mương chung làng mà không qua hệ thống xử lý nước thải Vì vậy, nước thải làng nghề bún Phú Đơ ln tình trạng bị ô nhiễm hữu nặng nề với nồng độ nitơ, photpho hàm lượng BOD5, COD nước thải lớn Do đặc thù nước thải sản xuất bún ô nhiễm chất hữu dễ phân hủy sinh học nên việc áp dụng biện pháp sinh học nói chung hay xử lý bùn hoạt tính nói riêng để xử lý nước thải hoàn toàn phù hợp Việc kết hợp sử dụng loài tảo vi sinh vật (VSV) để xử lý nước thải ô nhiễm hữu coi giải pháp hợp lý nước thải, Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa hàm lượng nitơ photpho nguồn dinh dưỡng tốt cho sinh trưởng phát triển tảo Ngoài ra, việc thu hồi sinh khối tảo nước thải sau xử lý thực cách dễ dàng thuận tiện cách vớt hay lọc lưới, góp phần làm giảm giá thành xử lý Chất dẻo sinh học (bioplastic) loại vật liệu ngày thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới Không giống chất dẻo thông thường khác, chất dẻo sinh học loại vật liệu “xanh” thân thiện môi trường với thời gian phân hủy ngắn chúng có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật loại VSV Sự đời chất dẻo sinh học coi cách mạng quan trọng công nghệ chất dẻo xem giải pháp nhằm giảm dần lệ thuộc vào dầu mỏ có nguy cạn kiệt, đồng thời góp phần bảo vệ mơi trường Là chất dẻo sinh học, poly-3-hydroxyalkanoates – PHA tìm thấy thể VSV vi tảo, có vi tảo lam Spirulina Việc kết hợp sử dụng VSV vi tảo lam Spirulina xử lý nước thải giàu hữu làng nghề bún Phú Đô thu nhận chất dẻo sinh học từ sinh khối tảo mang ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn cao Do vậy, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật vi tảo lam Spirulina xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô” với nội dung sau: - Đánh giá trạng xác định đặc trưng nước thải sản xuất bún làng nghề bún Phú Đô; - Nghiên cứu xác định thông số tối ưu cho trình xử lý nước thải sản xuất bún, gồm thông số sau: thời gian lắng tối ưu, nồng độ bùn hoạt tính tối ưu, nồng độ nitơ, nồng độ photpho thời gian sục khí tối ưu cho trình xử lý; - Dựa vào kết nghiên cứu xác định thơng số tối ưu cho q trình xử lý nước thải, đưa quy trình xử lý nước thải sản xuất bún Phú Đô VSV vi tảo lam Spirulina platensis; Nguyễn Minh Phương học - Luận văn thạc sỹ khoa Đánh giá khả sinh trưởng phát triển chủng tảo lam Spirulina platensis qua ngày nuôi cấy nước thải; - Xác định hàm lượng PHA sinh khối tảo Spirulina thu sau xử lý; - Sơ đánh giá hiệu xử lý nước thải làng bún Phú Đơ bùn hoạt tính vi tảo lam Spirulina platensis Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu 1.1.1 Điều kiện tự nhiên Làng bún Phú Đô thuộc xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm, cách trung tâm thành phố Hà Nội khoảng 10 km phía Tây Nam Vị trí ranh giới cụ thể làng bún Phú Đơ sau: - Phía Bắc giáp xã Mỹ Đình; - Phía Nam giáp đường cao tốc Láng -Hồ lạc; - Phía Đơng giáp thơn Mễ Trì Thượng (thuộc xã Mễ Trì); - Phía Tây giáp với sơng Nhuệ Tổng diện tích tự nhiên làng nghề 258,6 ha, đất nơng nghiệp 164,6 [79] Bao quanh phía Bắc làng nghề sản xuất bún Phú Đơ có mương tiêu nước chảy qua chảy vào sơng Nhuệ Tình trạng nhiễm mơi trường xảy nghiêm trọng vào mùa mưa, lưu lượng nước lớn gây tình trạng ngập úng nước thải sản xuất bún hịa trộn tồn nước thải sinh hoạt chăn nuôi từ chuồng trại hộ gia đình đổ kênh dẫn Nước thải sản xuất bún nước thải sinh hoạt nước thải chăn nuôi chưa qua xử lý mà xả thải trực tiếp vào hệ thống cống chung cuối làng Sau đó, nước thải trực tiếp xuống mương chảy sông Nhuệ, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống người dân vùng 1.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội Theo số liệu thống kê năm 1999, làng nghề bún Phú Đơ có 1.113 hộ với 5.111 nhân Trong số có 700 hộ gia đình với 1.600 lao động hành nghề làm bún Hàng năm, làng nghề Phú Đô sản xuất khoảng 5.000 bún, cung cấp bún cho khoảng 50% thị trường bún Hà Nội [87] Sau năm, tính đến năm 2004, làng Phú Đơ có khoảng 5.600 người, với 1.068 hộ gia đình Trung bình hộ có khoảng 4,5 người Mật độ dân số khoảng 202 người/ha Trong làng, số hộ làm Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa bún chiếm khoảng 50%, lại 10% số hộ sản xuất phục vụ làng nghề như: sản xuất cơng cụ làm bún (cơ khí); xay xát gạo; cung cấp than củi; 20% số hộ làm dịch vụ thương mại cho nhân dân thôn khách nơi khác đến; 20% số hộ lại làm nghề khác [12] Tuy nhiên, năm gần đây, Phú Đơ, số gia đình làm bún giảm nhiều phần lớn chuyển sang buôn bán, kinh doanh Từ gần ngàn hộ gia đình, cịn khoảng vài trăm hộ cịn theo nghề làm bún Trình độ văn hóa người dân làng khơng cao Trong số lao động chuyên nghiệp làm bún Phú Đô nay, có khoảng 30% tốt nghiệp phổ thơng trung học, cịn lại đạt trình độ văn hố phổ thơng sở [87] Trong thời đại cơng nghiệp hóa với phát triển mạnh mẽ nhiều phương tiện sản xuất đại, nghề làm bún ngày giới hoá với máy xay bột, đánh bột, góp phần nâng cao sản lượng sản xuất bún làng 1.1.3 Công nghệ sản xuất bún truyền thống làng bún Phú Đô Nguyên liệu sản xuất bún gạo Cơng đoạn quy trình sản xuất bún gạo sát trắng Sau đó, gạo vo kỹ ngâm nước Sau ngâm nước khoảng 10 giờ, gạo xóc đưa vào cối xay nhuyễn tạo thành bột gạo dẻo, trắng mịn Công đoạn ủ bột chắt bỏ nước chua tiến hành nhào bột Bột sau nhào đưa qua lọc sạn đưa vào khuôn để vắt bột Khuôn bún làm chất liệu dạng ống dài, phía đầu khn có miếng kim loại đục lỗ tròn Để tiến hành vắt bột phải chuẩn bị nồi nước lớn, rộng miệng đặt bếp than hồng để đun sôi Bột bún cho vào khăn vải thơ rộng, khăn có kht khoảng hình trịn để khâu vào miệng khn bún có nhiều lỗ nhỏ Bột bún sau vắt mạnh cho chảy thành dịng qua khn xuống nồi nước sôi tạo thành sợi bún Sau luộc khoảng vài ba phút, sợi bún nồi vớt đem tráng qua nước lạnh cho khỏi bết dính trở nên săn Công đoạn cuối vớt bún nồi nước tráng Sau vớt khỏi nồi nước tráng, bún thành phẩm đặt thúng tre có lót sẵn chuối xanh đem chợ bán [79] Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa Như vậy, quy trình sản xuất bún tiêu thụ lượng nước lớn Hầu hết công đoạn vo gạo, ngâm gạo, vắt bột, luộc bột…đều thải lượng nước thải giàu tinh bột đáng kể Chính vậy, đặc thù nước thải sản xuất bún giàu chất hữu dễ phân hủy sinh học 1.2 Nước thải phương pháp xử lý nước thải bùn hoạt tính 1.2.1 Phân loại nước thải chất gây ô nhiễm nước thải Nước thải nước qua sử dụng vào mục đích sinh hoạt, dịch vụ, tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi Dựa vào nguồn gốc phát sinh, nước thải phân thành loại sau đây: +/ Nước thải sinh hoạt: nước thải từ khu vực dân cư bao gồm nước sau sử dụng từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, quan, khu vui chơi giải trí Đặc trưng nước thải sinh hoạt thường chứa chất hữu dễ phân hủy sinh học (cacbonhydrat, protein, lipit), chất vô dinh dưỡng (nitơ, photpho) Các VSV nước thải sinh hoạt phần lớn dạng vi khuẩn gây bệnh vi khuẩn tả, lỵ, thương hàn số lồi kí sinh trùng trứng giun, sán…Ngồi ra, nước thải cịn chứa chất H2S, NH3 gây mùi khó chịu +/ Nước thải công nghiệp: Nước thải từ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải gọi chung nước thải công nghiệp Nước thải cơng nghiệp khơng có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm ngành sản xuất Nước thải xí nghiệp làm acquy có nồng độ axit chì cao, nước thải nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng sunfua, nước thải từ sở sản xuất chế biến nông sản, thực phẩm (đường, sữa, bột, tôm, cá, bia rượu) chứa chất hữu dễ phân hủy sinh học Nói chung, nước thải ngành cơng nghiệp xí nghiệp khác có thành phần hóa học hóa sinh khác [15] +/ Nước thải nông nghiệp: Nước thải nơng nghiệp nước thải q trình canh tác nơng nghiệp, thường chứa hàm lượng phân hóa học cao hóa chất bảo vệ thực vật Nước thải nông nghiệp bị ô nhiễm làm cho đất bị thối hóa, tài ngun sinh vật bị suy giảm, gây hậu nghiêm trọng đến môi trường Các Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa chất độc cịn tồn dư nước thải nơng nghiệp gây tác động xấu đến sức khỏe người [6] Các chất gây nhiễm mơi trường nước có nhiều loại, chúng thường xếp thành loại sau: +/ Các chất hữu bền vững, khó bị phân hủy; +/ Các chất hữu dễ bị phân hủy; chủ yếu tác nhân sinh học (VSV); +/ Các kim loại nặng; +/ Các ion vô cơ; +/ Dầu mỡ chất hoạt động bề mặt; +/ Các chất có mùi màu; + Các chất rắn; +/ Các chất phóng xạ; +/ Các VSV Dựa vào đặc điểm dễ hay khó bị phân hủy VSV có nước thải mà chất hữu gây ô nhiễm nước thải chia thành hai loại: +/ Các chất hữu dễ bị phân hủy sinh học: Nhóm chất hữu dễ bị phân hủy gồm chất protein, cacbonhydrat, chất béo có nguồn gốc động thực vật Các chất gây ô nhiễm thường có nước thải sinh hoạt, nước thải từ xí nghiệp chế biến nơng sản, thực phẩm, thủy sản…Trong thành phần chất hữu từ nước thải khu dân cư có khoảng 40 – 60% protein, 25 – 50% cacbonhydrat, 10% chất béo Các hợp chất chủ yếu làm suy giảm oxy hịa tan nước dẫn đến suy thối tài ngun thủy sản làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt Trong thực tế, người ta thường áp dụng biện pháp sinh học để xử lý nước thải bị ô nhiễm chất hữu dễ bị phân hủy sinh học +/ Các chất hữu khó bị phân hủy sinh học: Nhóm chất hữu khó bị phân hủy sinh học gồm chất thuộc dạng chất hữu có vịng thơm (cacbuahydro dầu khí), chất đa vòng ngưng tụ, hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa Trong đó, có nhiều chất chất hữu tổng hợp có độc tính cao người động thực vật Hàng năm, giới có khoảng 60.106 chất hữu tổng hợp khó phân hủy sinh học sản xuất giới chất màu, chất hóa dẻo, thuốc trừ sâu [2] Trong tự nhiên, chất hữu khó bị phân hủy sinh học bền vững, có khả tích lũy lưu giữ lâu dài môi trường thể sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái sức khỏe người Các chất thường có nước thải công nghiệp nguồn nước vùng nông, lâm nghiệp sử dụng nhiều thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh trưởng trồng, chất làm rụng lá, thuốc diệt cỏ [16] 1.2.2 Hệ vi sinh vật nước thải VSV sinh vật có kích thước vô nhỏ bé Tế bào chúng nhìn thấy mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi với độ phóng đại từ 400 đến 1000 lần Số lượng chủng loại VSV nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chất hữu hịa tan nước, pH mơi trường, chất độc, tia tử ngoại Mỗi loại nước thải có hệ VSV đặc trưng Nước thải sinh hoạt nước thải xí nghiệp chế biến nơng sản, thực phẩm giàu chất hữu cơ, số lượng VSV loại nước lớn chủ yếu vi khuẩn N hững thủy vực tiếp nhận nguồn nước thải công nghiệp chứa nhiều axit nước thải ngành công nghiệp mạ thường làm tiêu diệt nhóm VSV ưa trung tính có thủy vực Các VSV nước thải phong phú, bao gồm loại vi khuẩn, vi rút, xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc Trong số đó, vi khuẩn chiếm tỉ lệ cao Nước thải nhà máy thải nhiều xenluloza nhà máy chế biến thực phẩm thường có nhiều vi khuẩn Sphaerptilus natans Loại vi khuẩn trước thường hay bị nhầm với vi nấm nước thải phủ lên bề mặt tế bào lớp nước cực bẩn, thường tạo thành sợi, vỡ trôi đầy mặt nước Nhóm vi khuẩn phát triển mạnh nước nhiều oxygen Ngồi ra, nước thải cịn có vi khuẩn phân giải đường như: Clostridium, Micrococcus urea, Cytophaga sp.; vi khuẩn gây Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa thối: Pseudomonas fluorecens, Proteus vulgaris, Bacillus cereus; vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh: Thiobacillus, Thiothrix, Beggiatoa; vi khuẩn phản nitrat hóa: Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans Trong nước thải chứa dầu người ta tìm thấy vi khuẩn phân giải cacbonhydrat: Pseudomonas, Nocardia [18] Ngồi vi khuẩn, nước thải cịn có nhiều loại nấm, nấm men như: Saccharomyces, Candia, Cryptococcus, Rhodotorula, Leptomitus lacteus, Fusarium aquaeducteum [18] Trong đó, nấm Leptomitus lacteus có khả phát triển thành khối nhầy vi khuẩn Sphaerptilus natans 90 – 120 phút bịt kín hồn tồn song chắn rác làm cản trở dòng chảy, gây phiền hà việc thải nước Leptomitus lacteus sống quanh năm sơng hồ phát triển mạnh vào mùa đông [15] 1.2.3 Cơ sở sinh học trình làm nước thải Các q trình vật lý, hóa học sa lắng oxy hóa giữ vai trị quan trọng trình làm nước thải Tuy nhiên, đóng vai trị định làm nước thải trình sinh học Tại chỗ nước thải đổ ra, thường tụ tập loại chim, cá Chúng sử dụng phế thải từ đồ ăn rác làm thức ăn Tiếp sau động vật bậc thấp ấu trùng côn trùng, giun nguyên sinh động vật Chúng sử dụng hạt thức ăn cực nhỏ làm nguồn dinh dưỡng Song cần phải nhấn mạnh vai trò định VSV trình làm nước thải Cơ chế trình làm nước thải VSV bao gồm ba giai đoạn sau: +/ Các hợp chất hữu tiếp xúc với bề mặt tế bào VSV; +/ Q trình khuyếch tán hấp thụ chất nhiễm nước qua màng bán thấm vào tế bào VSV; +/ Chuyển hóa chất nhiễm nội bào để sinh lượng tổng hợp vật liệu cho tế bào VSV Cả ba giai đoạn có mối liên quan chặt chẽ với làm nồng độ chất gây ô nhiễm nước giảm dần Nguyễn Minh Phương học Luận văn thạc sỹ khoa Theo phương thức dinh dưỡng, VSV chia làm hai nhóm chính: - Nhóm VSV tự dưỡng: Nhóm VSV có khả oxi hóa chất vơ để thu lượng sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho q trình sinh tổng hợp Trong nhóm có vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh - Nhóm VSV dị dưỡng: Nhóm VSV sử dụng chất hữu làm nguồn cacbon dinh dưỡng nguồn lượng để sinh trưởng, xây dựng tế bào phát triển Các VSV dị dưỡng chia thành ba nhóm nhỏ dựa theo hoạt động sống chúng nhu cầu oxy: +/ Nhóm VSV hiếu khí: nhóm VSV cần oxy để sống, giống q trình hơ hấp động vật bậc cao Sự phân hủy chất hữu điều kiện hiếu khí thể phản ứng sau: VSV hiếu khí Chất hữu + O2 CO2 + H2O + sinh khối VSV + lượng + NH4+ + H2S + NO3- + SO42- Sản phẩm q trình phân hủy hiếu khí bao gồm khoảng 40% sinh khối VSV gần 60% CO2 + H2O +/ Nhóm VSV kỵ khí: nhóm VSV sống hoạt động điều kiện kị khí (khơng cần có oxy khơng khí) Các VSV có khả sử dụng oxy hợp chất nitrat, sunfat để oxy hóa chất hữu Sự phân hủy chất hữu điều kiện kị khí thể phản ứng sau: VSV kị khí Chất hữu + NO3- + SO42- CO2 + H2O + CH4 + N2 + H2S + NH4+ + axit hữu + CH4 + sinh khối VSV + lượng +/ VSV tùy nghi hay gọi VSV kỵ khí tùy tiện: Nhóm VSV sinh trưởng điều kiện có khơng có oxy Chúng ln có mặt nước thải Năng lượng giải phóng ngồi phần dạng nhiệt, phần lại sử dụng cho việc sinh tổng hợp hình thành tế bào [15] 10 ... chất dẻo sinh học, poly-3-hydroxyalkanoates – PHA tìm thấy thể VSV vi tảo, có vi tảo lam Spirulina Vi? ??c kết hợp sử dụng VSV vi tảo lam Spirulina xử lý nước thải giàu hữu làng nghề bún Phú Đô thu... dẻo sinh học từ sinh khối tảo mang ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn cao Do vậy, tiến hành thực đề tài: ? ?Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật vi tảo lam Spirulina xử lý nước thải làng nghề bún Phú Đô? ??... năm 19 99, làng nghề bún Phú Đơ có 1. 113 hộ với 5 .11 1 nhân Trong số có 700 hộ gia đình với 1. 600 lao động hành nghề làm bún Hàng năm, làng nghề Phú Đô sản xuất khoảng 5.000 bún, cung cấp bún cho
