Bài giảng Chương 14: Chuyển hoá sinh học các hợp chất dị sinh & kim loại trong xử lí nước thải

CH ĐỦ Ề

Ch

ng 14

ươ

ọ

ể ấ ị

Chuy n Hoá Sinh H c Các H p Ch t D Sinh Và Kim Lo i ạ ợ Trong Công Trình X Lý N c Th i ả

ướ

ử

14.1 Gi

i Thi u

ớ

ệ

ể ọ

-Chuy n hoá sinh h c là gì? Là s làm thay đ i các h p ch t h u c do ho t đ ng c a VSV, ấ ữ đôi khi do m t t p đoàn VSV ộ ậ

ạ ộ ủ ự ổ ợ ơ

ợ ữ ấ ị ợ ấ ề ữ ỷ

-Các h p ch t d sinh – Xenobiotics Là nh ng h p ch t b n v ng v i quá trình phân hu sinh h c ọ ớ (Hydrocarbon có halogen, ch t th m có halogen, thu c b o v ệ th c v t, PCB…)

ấ ả ơ ố

ự ậ

14.2 Phân hu sinh h c trong môi tr

ng n

c

ọ

ỷ

ườ

ướ

Các h p ch t Xenobiotics ấ

ợ

Chuy n hoá sinh h c ọ

ể

Khoáng hoá

Tích tụ

Trùng h p hoá ợ

14.3 S b n v ng c a các h p ch t ấ

ự ề ữ

ủ

ợ

ấ

ử

ế

ấ

ệ ử

ề

ặ ậ ng không thu n l ườ ưỡ ấ

ụ thích h p ợ i ậ ợ ng c n thi ầ

ế

t cho s sinh tr ự

ưở

ấ

ợ

- C u trúc phân t - Thi u các permease - Tính không tan ho c không h p ph - Không có ch t nh n đi n t ấ - Đi u ki n môi tr ệ - Không có các ch t dinh d cho VSV - Tính đ c c a các h p ch t ủ ộ - N ng đ c ch t. ộ ơ

ấ

ồ

14.3 S b n v ng c a các h p ch t ấ

ự ề ữ

ủ

ợ

14.3.1 S kh trùng Halogen các h p ch t h u c ấ ữ ự ử ợ ơ

C ch kh Halogen: ử ế ơ

14.3 S b n v ng c a các h p ch t ấ

ự ề ữ

ủ

ợ

14.3.2 Đ ng trao đ i ch t ấ ồ ổ

c chuy n hoá thành các s n ph m ộ ợ ơ ượ ả

ng ấ ữ ư ể ụ ụ ấ ượ

- M t h p ch t h u c đ ầ trung gian nh ng chúng không ph c v cho cung c p năng l ho c ch t dinh d ấ

ng cho VSV. ưỡ ặ

ng vào carbon t các c ch t ban đ u nh ng ừ ư ấ ầ ơ

- VSV thu năng l không t ừ

các ch t Xenobiotics. ượ ấ

14.3 S b n v ng c a các h p ch t ấ

ự ề ữ

ủ

ợ

14.3.3 Di truy n h c c a s phân hu các ch t Xenobiotocs ọ ủ ự ề ấ ỷ

-Các gen ph trách s d hoá các h p ch t Xenobiotics n m trên ụ các plasmid.

ự ị ấ ằ ợ

ề

t) là các y u t ỷ ượ ể ế ố ệ ạ

c duy trì trong đi u - Plasmid d hoá hay plasmid phân hu (đ ị nhi m s c th ngo i bào mà chúng ki n đ c bi ễ ệ ặ có th ki m soát các quá trình chuy n hoá các ch t Xenobiotics. ể ể ắ ể ấ

- Plasmid d hoá có th th c hi n b ng con đ s c th . ể ắ

ng mã hoá nhi m ể ự ệ ằ ị ườ ễ

M T S PLASMID PHÂN Hu

Ộ Ố

Ỷ

ấ ả ơ

TOL CAM OCT SAL NAH NIC Pjp1 pAC21 pAC25 pAC27

Toluan, meta-xylene, para-xylene Camphor Octane, Hexane, Decane Salicylate Naphthalene Nicotine, Nicotinate Acid 2,4-Dichlorophenxyacetic 4-chlorobephenyl 3-chlorobenzoate 3- và 4-chlorobenzoate

+ + - + + + + + + +

Plasmid C ch t Kh năng ph i ố h p ợ

ấ

14.4 Đ ng đi c a ch t xenobiotics trong các công trình x lý n

ủ c th i ả

ườ ử

ướ

14.4.1 Các quá trình lý hoá

- H p ph vào sinh kh i bùn và than ho t tính ố - Bay h iơ

- Oxy hoá hoá h cọ

ấ ụ ạ

- Phân hu quang xúc tác c a các h p ch t h u c trong ủ n

ấ ữ ơ ợ ỷ

- Keo t

c th i ả ướ

hoá ch t ụ ấ

ấ

14.4 Đ ng đi c a ch t xenobiotics trong các công trình x lý n

ủ c th i ả

ườ ử

ướ

14.4.2 Qúa trình phân hu sinh h c ọ ỷ

ộ

ử ụ ấ ọ

ả ng ượ ư

- Đây là m t quá trình ch n l c ọ ọ - So sánh: + Qúa trình phân hu sinh h c : VSV có kh năng s d ng ch t ỷ Xenobiotics nh ngu n carbon và năng l ồ + Qúa trình đ ng trao đ i ch t: VSV thu năng l ổ các c ch t ban đ u. ấ

ng và carbon t ượ ấ ồ ừ

ầ ơ

ng đ c đánh ự ấ ữ ợ ỷ ơ ườ ượ

- S phân hu sinh h c các h p ch t h u c th ọ giá b ng hi u su t lo i b COD, BOD ạ ỏ ệ ằ ấ

ạ ằ

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ 14.5.1. Quá trình sinh h c hi u khí

ọ ế

Quá trình sinh h c hi u khí?

ọ

ế

ạ ằ

ấ ữ ạ ằ ơ ộ

14.5.2 Lo i b ch t h u c đ c h i b ng quá trình sinh h c hi u khí:

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ ạ ỏ ế

ọ

ng pháp x lý

ử

ế

Các ph ươ sinh h c hi u khí : ọ _Bùn ho t tính. ạ _B l c sinh v t. ậ _H n đ nh. ị

ể ọ ồ ổ

ạ ằ

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ

14.5.2.1 Bùn ho t tính: ạ

Bùn ho t tính là gì?

ạ

ng d ng bùn ho t tính

Ứ

ụ

ạ

Hình 14.5.2 Công ngh bùn ho t tính

ệ

ạ

ạ ằ

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ

14.5.2.1 Bùn ho t tính: ạ

ạ ỏ ượ

ơ ễ ơ

c: Lo i b đ + 91% các ch t h u c d bay h i. ấ ữ + 57-96% các ch t n a bay h i. ấ ử + 99% LAS linear alkybenzen sulfante

ạ ằ

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ

14.5.2.2. B l c sinh h c: ể ọ ọ

B l c sinh h c là gì?

ể ọ

ọ

ơ

Lo i b : ạ ỏ + 91% các ch t h u c bay h i ơ ấ ữ + 41-91% các ch t n a bay h i. ơ

ấ ử

ạ ằ

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ

14.5.3. Các ch t h u c đôc h i đ ấ ữ ạ ượ ơ c lo i b : ạ ỏ

Pentachlorophenol (PCP)

ạ ằ

14.5 Lo i b các ch t h u c đ c h i b ng quá trình ấ ữ ơ ộ ạ ỏ sinh h c hi u khí ế ọ

14.5.3. Các ch t h u c đôc h i đ ấ ữ ạ ượ ơ c lo i b : ạ ỏ

PCB (polychlorinated biphenyl)

Aniline

Chlorobenzene

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

14.6.1. Quá trình k khí: ỵ

Qúa trình phân h y k khí là gì?

ủ ỵ

Vi sinh v t ậ Ch t h u c -------------------> CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + T bào m i ơ

ấ ữ

ớ

ế

Th y phân

Acid hóa

Metan

ủ

Acetic hóa

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

14.6.1. Quá trình k khí: ỵ

ứ

CH4

Ph c ch t h u c ấ ữ ơ Ph c ch t h u c ấ ữ

ứ

Acid h u cữ ơ Acid h u cữ

28% 24%

76%

52% 72%

Acetic acid

Quá trình acetate hóa và kh hydro

ử

Quá trình methane hóa

Quá trình th y phân

ủ

20%

Hình 14.6.1.Qúa trình phân h y k khí ủ ỵ

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

14.6.1. Quá trình k khí:

ỵ a/ Qúa trình x lý k khí l l ng (quá trình ti p xúc k khí) ử ỵ ơ ử ế ỵ

ng ch t h u c cao N c th i có hàm l ả ướ ượ ấ ữ ơ

X y ra trong b kín v i bùn tu n hoàn ớ ể ả ầ

N CƯỚ

H n h p ợ ỗ bùn và c ướ n

BÙN

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6.1. Quá trình k khí: ỵ

ị

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí a/ Qúa trình x lý k khí l

l ng (quá trình ti p xúc k khí) ơ ử ử ế ỵ ỵ

Hình 14.6.2. Bể UASB

ệ ng thu x lý

Lan can b o vả ố

ử

Sàn công tác

t b tách pha

ố

ng d n khí ẫ

c ướ Màng thu n d ng răng c a ư ạ Thi ế ị r n –l ng-khí ỏ ắ Vaùch höôùng doøng hình coân

C u thang ầ t b V thi ế ị ỏ

OÁng thoaùt khí

Hoãn hôïp nöôùc thaûi

Bình haáp thuï khí

L p bùn k khí

ớ

ị

B t khí

ọ

c vào

ố thi

ướ t b USAB

ng b m n ơ ế ị

ị

Dung d ch NaOH 5%

B ph n phân ph i ộ ậ đi u l u n ề ư

ố c th i ả

ướ

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

14.6.1. Quá trình k khí: ỵ

b/ Qúa trình k khí dính bám (l c k khí) ọ ỵ ỵ

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

M t s ch t h u c đ ấ ữ ộ ố ơ ượ c lo i b : ạ ỏ

Pentachlorophenol (PCP)

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

ầ c th i trong đi u ki n t o metan thông ướ

c phân h y trong bùn ẽ ượ ề

ử

+ Đ u tiên s đ ủ n ệ ạ ả qua quá trình kh chlorine. + Kháng hóa ti p CH4 và CO2 ế

M t s ch t h u c đ ấ ữ ộ ố ơ ượ c lo i b : ạ ỏ

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

ộ ố ấ ữ ơ ượ

c lo i b : ạ ỏ lo i b là ortho, meta, para, O- iươ , trình t

ượ

ướ ể

ng trong quá trình ượ c đ a vào b ph n ng theo chi u t ề ừ ả ứ c kh chlor và khoáng hóa thành CH4 i lên chúng s đ ỵ ướ ư ử

M t s ch t h u c đ -Trong bùn t ự ạ ỏ chlorophenol, sau đó là phenol. -- H n 90% 2-chlorophenol, 4-chorophenol, và 2,4- c kháng hóa thành CH4 và CO2 dichlorophenol đ - Chlorophenol là ngu n carbon và năng l ồ c th i đ k khí mà n ả ượ d ẽ ượ và CO2.

ạ ỏ

ấ ữ ơ ộ

ạ ằ

ợ

14.6 Lo i b các h p ch t h u c đ c h i b ng quá trình k khí

ị

M t s ch t h u c đ ấ ữ ộ ố ơ ượ c lo i b : ạ ỏ

c c phân h y trong quá trình này và đ ủ ượ ượ

ể

ữ c kháng hoa thành CH4

ượ ủ ệ

ỵ c kh halogen chuy n hóa ượ ử ễ

- PCP cũng đ chuy n hóa thành 3,5-diochlophenol và nh ng phenol có i đ chlor khác,2/3 PCP còn l ạ ượ và CO2 - Bezene và toluen,và các h p hyrocacbon có ch a chlor ứ ợ c phân h y trong đi u ki n k khí. PCE cũng đ ề ( Pentachloroethylen) đ thành trichlorethylene (TCE), dichloroethylen (DCE), và vinyl chloride (VC)