Vi sinh môi trường - Chu trình sinh địa hoá

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCMVIỆN KHCN&QLMTM ÔN: VI SINH MÔI TRƯỜNG Lớp: CDMT10 GVHD: Trần Thị Thanh Huyền DANH SÁCH NHÓM: 1.Dương Thị Nam MSSV: 08245671 2.Phạm Thị Ngọc Tiên MSSV:08255921 3.Nguyễn Thị Kim Lài MSSV: 08247861 4.Huỳnh Thị Thanh Phương MSSV: 08244841 5.Nguyễn Hoàn Phúc MSSV: 08119081 6.Nguyễn Thị Thu Hương MSSV: 08098091 7.Lê Thị Bé Tám MSSV: 08262011 8.Trần Thị Huệ Tâm MSSV: 08216051 I. LƯU HUỲNH 1.Sơ lược về lưu huỳnh 2.Vi sinh vật của chu trình lưu huỳnh 3.Sự chuyển hoá lưu huỳnh trong môi trường nước II. PHOSPHO 1.Sơ lược về phospho 2.Vi sinh vật của chu trình phospho 3.Loại bỏ phospho bằng phương pháp hoá học 4.Loại bỏ phospho bằng phương pháp sinh học 5.Các công nghệ loại bỏ phospho 1.Sơ lược về lưu huỳnh: Lưu huỳnh là nguyên tố khá phong phú trong môi trường và nước biển là nguồn chứa sulfate lớn nhất. Lưu huỳnh tham gia vào thành phần các acid amin trong protein, trong vitamin như tiamin và biotin. Một phần khác, S biến thành SO2 bay ra khỏi mặt đất, vào không khí theo dạng H2S hay SO2. Lượng S mà nước thải công nghiệp, nông nghiệp thải ra cho môi trường khoảng 2,7 – 260 kg/ha/năm. 1.Sơ lược về lưu huỳnh : Ion sulfate (SO42-): Sulfate thường hiện diện trong nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn nước hữu cơ. Sulfate cũng là thông số tiêu biểu cho vùng nước nhiễm phèn. Nước có hàm lượng sulfate >250 mg/l có tính độc hại đối với sức khỏe con người. Hàm lượng sulfate trong nước uống không vượt quá 200 mg/l. Trong nước lợ và mặn họặc nước phèn hàm lượng SO42- có thể lên đến hàng trăm, hàng ngàn mg/l. Hidrosulfua: Khí hidrosulfua ( H2S) trong nước là sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ, phân rác trong điều kiện yếm khí, khi gặp oxi sẽ xảy ra quá trình oxi hóa H2S thành SO42-. Khí H2S làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu, với nồng độ cao nó có tính ăn mòn vật liệu. 2.Vi sinh vật của chu trình lưu huỳnh: Khoáng hoá lưu huỳnh hưu cơ Đồng hoá Chu Trình Lưu Huỳnh: Sự oxi hóa lưu huỳnh: Vi khuẩn khử lưu huỳnh phát triển trong nước ngầm, các ao hồ, sông, biển có chứa H2S. H2S do các vi khuẩn lưu huỳnh oxi hóa qua 2 giai đoạn: -Gđ1: tạo thành S tự do: 2H2S + O2  2H2O + S2 +125 kcal - Gđ2: tạo thành acid sulfuric với sự tích lũy bên trong tế bào: S2 + 3O2 + 2H2O  2H2SO4 + 294 kcal Vi khuẩn khử sulfate là loại vi khuẩn kị khí phát triển trong môi trường nước có chứa một lượng nhất định sulfate và chất hữu cơ. Khử sulfate đồng hóa: H2S có thể được tạo thành trong điều kiện phân hủy kị khí (các hợp chất hữu cơ có chứa acid amin lưu huỳnh như methionin, cystein, cystin) bởi nhóm Clostridia, Velionella. Sự khử lưu huỳnh: Sự khử lưu huỳnh: Khử sulfate dị hóa :là quá trình chủ yếu sinh ra H2S trong nước thải. Các nhóm vi khuẩn khử sulfate chịu trách nhiệm thực hiện quá trình này trong điều kiện kị khí nghiêm ngặt. SO42- + các hợp chất hữu cơ  S2- + H2O + CO2 S2- + 2H+  H2S H2S độc đối với thực vật và động vật. Sự khử lưu huỳnh: Những vi khuẩn khử sulfate phân lập được từ các mẫu môi trường (bùn hoạt tính kỵ khí, bùn lắng dưới đáy sông, vi khuẩn đường ruột…) là: Desulfovibrio, Desulfotomaculum,Desulfobulbus,Desulfomonas,Desulfobacter,Desulfococus,Desulfonema,Desulfosarcina,Desulfobacterium và Thermodesulfobacterium. Desulfotomaculum là giống tạo bào tử duy nhất trong nhóm vi khuẩn khử sulfate. Desulfotomaculum Desulfovibrio 3.Sự chuyển hoá lưu huỳnh trong môi trường nước: Lưu huỳnh là một hợp chất khá quan trọng đối với vi sinh vật. Trong thiên nhiên chúng có nhiều trong các hợp chất vô cơ. Sự chuyển hóa lưu huỳnh trong thiên nhiên tạo một chu trình khép kín. Chu trình khép kín: 3.Sự chuyển hoá lưu huỳnh trong môi trường nước 3.1.Nhóm vi sinh vật tự dưỡng hoá năng: Thiobacilus Beggiatoa Thiothrix Thioploca ... Thiobacilus: Loài Thiobacillus có khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh theo phương trình sau: 5Na2S2O3 + H2O + O2  5Na2SO4 + 2S2 +H2SO4 +X kcal S2 + 3O2 + H2O  2H2SO4 + X kcal Na3S4O6 + 10O2  3Na2SO4 + 5H2SO4 + X kcal CO2 + H2O Xkcal (CH2O ) + O2 Chất hữu cơ Các phản ứng hóa học trên đều tạo ra năng lượng. Năng lượng này được Thiobacillus sử dụng để tổng hợp các chất hữu cơ từ CO2 và H2O. Loài Thiobacillus : Thiobacillus thioparus Thiobacillus thioxidans Thiobacillus novellus Thiobacillus denitrificans Thiobacillus thioparus: Đây là vi khuẩn hình que rất nhỏ, không có khả năng tạo nha bào, tạo tiêm mao ở một đầu của tế bào. Giống này có khả năng oxi hóa Na2S2O3 thành dạng SO42- và S, ngoài ra chúng có thể oxi hóa S thành H2SO4 và oxi hóa Na2S4O6 để thành Na2SO4. bên cạnh đó giống này còn có khả năng oxi hóa được H2S để trở thành S theo phương trình sau: H2S + O2  2H2O +2S + 82 kcal CO2 + H2O 82kcal (CH2O) + O2 Thiobacillus thioxidans: Giống vi khuẩn này không khác nhiều về hình thái so với giốngThiobacillus thioparus. Chúng phát triển tốt trong môi trường pH 10. Trong vùng pH cao xảy ra quá trình kết CaCO3 và Mg(OH)2. Hydroxylapatit hình thành có khả năng sa lắng không lớn nên cần phải bổ sung chất trợ keo tụ dương. Để khỏi ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học người ta thường dùng vôi ở liều lượng thấp 75 - 250 mg/L Ca(OH)2 và pH từ 8,5 - 9,5. 10 Ca+2 + 6 PO4-3 + 2 OH- ↔ 2Ca5(PO4)3OH Kết tủa với Fe3+: Dưới điều kiện pH trung tính hoặc kiềm nhẹ người ta nhận thấy có sự trao đổi giữa OH- và PO43- do ái lực của ion hydroxy với sắt lớn: (FePO4)n + mH2O  Fe(OH)m(PO4)n-m/3 + m/3 PO43- Tại pH ổn định nếu sử dụng tỉ lệ mol của Fe3+/P từ 1.4 đến 1.6 có thể loại bỏ hoàn toàn phosphate. ở tỉ lệ Fe3+/P= 1.22 đến 1.23 sản phẩm hình thành có dạng Fe(OH)2H2PO4. Trong nước có ion Fe3+ chịu phản ứng thủy phân và tạo ra một loạt các chức hydroxo tích điện dương: Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, FeHPO4+, một số dimmer, polime (pH F- >PO43- >Cl- >NO3-. 4.Loại bỏ phospho bằng phương pháp sinh học: 4.1.VSV phân huỷ phospho ở dạng kết tủa hoá học: Các kết tủa phospho trong nước thải được loại bỏ nhờ VSV của quá trình bùn hoạt tính. *Ở đầu bể hiếu khí( trường hợp chảy tầng), hoạt động của vi sinh vật làm giảm pH và làm tan các hợp chất của phosphate. *Ở cuối bể hiếu khí, sự gia tăng phân huỷ sinh học, tăng pH, tạo thành các kết tủa phosphate và tách khỏi bùn. Các kết tủa phospho cũng có thể bị loại bỏ bằng con đường chuyển hoá giải phóng phospho từ polyphosphate dưới các điều kiện kỵ khí. 4.2.Vi sinh vật phân huỷ phospho Một số loại vi sinh vật như: Acinetobacter, Pseudomonas, Aerobacter, Moraxella, E.coli, Mycobacterium, Beggiatoa Quá trình giải phóng và sử dụng phospho trong mô hình bùn hoạt tính kỵ khí- hiếu khí 4.2.Vi sinh vật phân huỷ phospho 5.Các công nghệ loại bỏ phospho: Phương pháp bậc 2 Phương pháp bậc 3 Phương pháp bậc 4 - 5 Công nghệ bể USBF 5.1.Phương pháp bậc 2 5.2.Phương pháp bậc 3 5.3.Phương pháp bậc 4 – 5 5.3.Phương pháp bậc 4: 5.3.Phương pháp bậc 5: 5.4.Công nghệ bể USBF: Qui trình USBF được thiết kế nhằm: Khử chất hữu cơ dạng carbonate (BOD)  Khử BOD, nitrate hóa và khử nitrtate Khử BOD, nitrate hóa/ khử nitrtate và khử phốt pho Công nghệ bể USBF: Các loại muối có thể sử dụng như muối nhôm (Al2(SO4)3.14H2O), Aluminate natri (Na2O.Al2O3), Chlorua sắt (FeCl3), (FeCl2), Sulfate sắt (FeSO4.&H2O) hay Sulfate sắt 3 (Fe2(SO4)3). khử phospho bằng FeSO4 xảy ra theo hai phản ứng sau: * Kết tủa phospho 3FeSO4 + 2PO4-3 ---------> Fe3 (PO4)2 + 3SO4-2 * Khử kiềm và kết tủa Hydroxide Fe+++ + 3HCO-3 -----------> Fe(OH)3 The end