Trong bài viết này chúng ta sẽ làm rõ 2 vấn đề :
– Tổng quan về nước thải
– Những vi khuẩn có lợi và có hại cho việc xử lý nước thải
Mục đích của bài viết là cung cấp một nền tảng cơ bản về vi khuẩn, nước thải và xử lý nước thải. Nó sẽ giải thích cho lý do tại sao chúng ta quan ngại đến vi sinh trong nước thải, vai trò của chúng trong xử lý nước thải và khi chúng được thải ra ngoài theo nguồn nước sạch ( Nước đã xử lý ).
Trong tâm chính của các hệ thống xử lý nước thải là giảm hàm lượng ô nhiễm COD, BOD trong nước thải trước khi xả thải vào tự nhiên và đáp ứng được các Quy chuẩn quy định. Các hệ thống xử lý nước thải được thiết kế như là nơi nuôi dưỡng sản sinh ra các chủng vi sinh có khả năng oxy hóa các chất bẩn trong nước
Xử lý nước thải bằng vi sinh là một công nghệ cần thiết nhằm tiết giảm chi phí và tính ổn định của hệ thống, tuy nhiên bên cạnh đó trong những chủng vi sinh xử lý nước thải còn có những chủng vi sinh, vi khuẩn , vi rút hay tảo có khả năng mang bệnh cho con người
Vi dụ đơn giản là bệnh tiêu chảy do hai loại Shigella dysenteriae và Salmonella typhi có trong nước thải sinh hoạt.
Nước sau khi xả ra môi trường có thể được dùng để sinh hoạt vì vậy cần phải kiểm tra xem trong nước có những loại vi khuẩn gây bênh cho con người không. Ngay cả nước trong vắt và nhìn rất tinh khiết thỉ bên trong đó vẫn có thể chứa những loại vi khuẩn gây bệnh mà khó có thể kiểm tra được. Hiên nay, để kiểm tra người ta thường dùng vật chỉ thị.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đã được đề cập rất nhiều. Trong thực tế người ta chủ yếu là dùng những vi khuẩn có lợi để xử lý nước thải nó sẽ giảm ảnh hưởng những bất lợi đến môi trường. Một trong những nhiệm vụ chính của xử lý sinh học là loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải trước khi thải ra môi trường.
Một nhiệm vụ khác của việc
xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh là quá trình nitrat hóa/ khử nito. Quá trình nitrat hóa là một quá trình hiếu khí trong đó vi khuẩn oxy hóa nhằm giảm nito trong nước thải, Khử nito là một hình thức yếm khí, khi đó nito được khử sẽ trở thành dạng khí và thoát vào khí quyển. Đây là một việc cần lưu ý bởi vì việc khử nito cũng ảnh hưởng đến hiện tượng phú dưỡng hóa.
Tổng quan về quá trình nitrat hóa và khử nitơ
Quá trình oxy hóa và ổn định lượng bùn hữu cơ rất quan trọng đối với xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
Nhu cầu oxy sinh học và hiện tượng phú dưỡng hóa
Các chất bẩn trong nước thải có nguồn gốc từ VSV, thực vật, động vật và các chất hữu cơ tổng hợp.Các chất hữu cơ có trong sự bài tiết của con người, giấy, chất tẩy rửa, mỹ phẩm và các loại thực phẩm. Thường là một sự kết hợp của carbon, hydro, oxy và nitơ và các thành phần khác
Quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong môi trường có thể ảnh hưởng sâu sắc đến việc duy trì đời sống thủy sinh và cảnh quan của nơi đó.Phản ứng oxy hóa sinh hóa liên quan đến việc chuyển đổi các chất hữu cơ sử dụng oxy và dinh dưỡng thành carbon dioxit, nước và tế bào mới, phương trình phản ứng là :
Hữu cơ + O2 + chất dinh dưỡng —> CO2 + H 2 O + tế bào mới + chất dinh dưỡng + năng lượng
Từ phương trình trên ta có thể thấy được các VSV sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ thành tế bào mới và năng lượng. 1 dạng thường gặp trong ngành xử lý nước thải là nhu cầu oxy sinh hóa (BOD). BOD là lượng oxy được sử dụng trong các quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ phân hủy sinh học. Nếu nước với một lượng lớn BOD được thải vào môi trường, nó có thể làm cạn kiệt oxy nơi nó thải ra. Vi khuẩn dị dưỡng sử dụng chất hữu cơ và ôxy ở mức vượt quá mức oxy hòa tan trên mặt nước. Điều này có thể gây ra điều kiện yếm khí, dẫn đến mùi độc hại. Nó cũng có thể gây nguy hại đến đời sống thủy sinh bằng cách giảm nồng độ oxy hòa tan đến mức gây cá bị ngạt thở. Kết quả cuối cùng là một sự suy thoái chung của chất lượng nước.
Nước thải thường chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ và phốt pho, đó là điều cần thiết cho sự tăng trưởng của tất cả các sinh vật và thường hạn chế trong môi trường. Nitơ là một yếu tố phức tạp tồn tại trong cả hai hình thức hữu cơ và vô cơ. Các hình thức cần quan tâm nitơ hữu cơ, amoniac, nitrite, và nitrate. Phốtpho được tìm thấy trong chất tẩy rửa tổng hợp và được sử dụng để kiểm soát ăn mòn.
Sự xả thải của nồng độ lớn các chất dinh dưỡng từ nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không đúng cách có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng. Hiện tượng phú dưỡng là quá trình mà nguồn nước trở nên giàu khoáng chất và chất dinh dưỡng hữu tốt cho đời sống thực vật, đặc biệt là các loài tảo, sinh sôi nảy nở, sau đó chết và phân hủy do đó làm giảm hàm lượng oxy hòa tan và giết chết các sinh vật khác có trong nguồn nước.
Nguyên tắc cơ bản của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn chuyển hóa chất hữu cơ và ion vô cơ thành bùn trong quá trình sinh trưởng của nó.
– Quá trình đồng hoá: là quá trình tổng hợp các nguyên liệu trong tế bào thành các chất đặc trưng của tế bào đồng thời tích luỹ năng lượng trong các chất đó
– Qúa trình dị hoá: là quá trình phân huỷ các chất đặc trưng của tế bào thành các sản phẩm phân huỷ và giải phóng năng lượng
Màng sinh học
Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu màng sinh học là gì và tầm quan trọng của nó.
Trong tự nhiên, ít khi sinh vật sống thành khuẩn lạc thuần khiết riêng rẽ (trong đó chỉ gồm các tế bào của một loài) như chúng ta nhìn thấy trên đĩa thạch của phòng thí nghiệm. Trái lại, chúng thường sống thành những tập đoàn nhầy, được gọi là màng sinh học – tại đó chúng chia sẻ chất dinh dưỡng. Sự tạo thành một màng sinh học bắt đầu khi một vi khuẩn bơi tự do bám vào một bề mặt. Nếu những vi khuẩn này sinh trưởng thành một lớp dầy thì chất dinh dưỡng không thể đi tới những vị trí sâu hơn bên trong lớp đó và các chất trao đổi độc có thể tích lũy bên trong. Màng sinh học tránh được những vấn đề này nhờ cấu trúc như cột (hình 27.10-21) mà khoảng cách giữa chúng tạo thành những khe hở cho nước chảy qua mang chất dinh dưỡng đi vào và mang chất thải đi ra. Hệ thống tuần hoàn thô sơ này được tạo nên để đáp ứng những tín hiệu thông tin hóa học giữa những vi khuẩn. Các vi khuẩn riêng lẻ và những tập hợp tế bào của chúng đôi khi tách khỏi một màng sinh học này, di chuyển và nhập vào một màng sinh học khác. Thông thường, một màng sinh học có một lớp bề mặt dày khoảng 10µm, với những cột cao khoảng 200 µm bên trên nó.
Các màng sinh học
Dòng nước chuyển động (theo mũi tên từ phải sang trái) giữa các cột nhày được tạo nên do sự sinh trưởng của các vi khuẩn bám trên bề mặt cứng. Điều này cho phép vi khuẩn hấp thụ chất dinh dưỡng và thải bỏ chất thải một cách hiệu quả. Các vi khuẩn riêng lẻ tạo nhầy hoặc các vi khuẩn trong đám nhầy tách khỏi màng sinh học và di chuyển đến nơi khác.
Màng sinh học gồm các vi khuẩn đang sinh trưởng bên trong các ống của một hệ thống làm lạnh
Cũng giống như ở động vật có các mô khác nhau, bên trong màng sinh học có những nhóm tế bào chuyên hóa và chúng hoạt động phối hợp nhau để hoàn thành nhệm vụ phức tạp
Nguyễn Đình Đức
