Chuyển hoá sinh học các hợp chất dị sinh và kim loại trong công trình xử lý nước thải

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 10/2/2014 ‹#› CHỦ ĐỀ Chương 14 Chuyển Hoá Sinh Học Các Hợp Chất Dị Sinh Và Kim Loại Trong Công Trình Xử Lý Nước Thải 14.1 Giới Thiệu Chuyển hoá sinh học là gì? Là sự làm thay đổi các hợp chất hữu cơ do hoạt động của VSV, đôi khi do một tập đoàn VSV Các hợp chất dị sinh – Xenobiotics Là những hợp chất bền vững với quá trình phân huỷ sinh học (Hydrocarbon có halogen, chất thơm có halogen, thuốc bảo vệ thực vật, PCB…) 14.2 Phân huỷ sinh học trong môi trường nước Các hợp chất Xenobiotics Chuyển hoá sinh học Khoáng hoá Tích tụ Trùng hợp hoá 14.3 Sự bền vững của các hợp chất Cấu trúc phân tử Thiếu các permease Tính không tan hoặc không hấp phụ Không có chất nhận điện tử thích hợp Điều kiện môi trường không thuận lợi Không có các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng cho VSV Tính độc của các hợp chất Nồng độ cơ chất. 14.3 Sự bền vững của các hợp chất 14.3.1 Sự khử trùng Halogen các hợp chất hữu cơ Cơ chế khử Halogen: 14.3 Sự bền vững của các hợp chất 14.3.2 Đồng trao đổi chất Một hợp chất hữu cơ được chuyển hoá thành các sản phầm trung gian nhưng chúng không phục vụ cho cung cấp năng lượng hoặc chất dinh dưỡng cho VSV. VSV thu năng lượng vào carbon từ các cơ chất ban đầu nhưng không từ các chất Xenobiotics. 14.3 Sự bền vững của các hợp chất 14.3.3 Di truyền học của sự phân huỷ các chất Xenobiotocs Các gen phụ trách sự dị hoá các hợp chất Xenobiotics nằm trên các plasmid. Plasmid dị hoá hay plasmid phân huỷ (được duy trì trong điều kiện đặc biệt) là các yếu tố nhiễm sắc thể ngoại bào mà chúng có thể kiểm soát các quá trình chuyển hoá các chất Xenobiotics. Plasmid dị hoá có thể thực hiện bằng con đường mã hoá nhiễm sắc thể. Plasmid Cơ chất Khả năng phối hợp 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 + + - + + + + + + + MỘT SỐ PLASMID PHÂN HuỶ 14.4 Đường đi của chất xenobiotics trong các công trình xử lý nước thải 14.4.1 Các quá trình lý hoá Hấp phụ vào sinh khối bùn và than hoạt tính Bay hơi Oxy hoá hoá học Phân huỷ quang xúc tác của các hợp chất hữu cơ trong nước thải Keo tụ hoá chất 14.4 Đường đi của chất xenobiotics trong các công trình xử lý nước thải 14.4.2 Qúa trình phân huỷ sinh học Đây là một quá trình chọn lọc So sánh: + Qúa trình phân huỷ sinh học : VSV có khả năng sử dụng chất Xenobiotics như nguồn carbon và năng lượng + Qúa trình đồng trao đổi chất: VSV thu năng lượng và carbon từ các cơ chất ban đầu. - Sự phân huỷ sinh học các hợp chất hữu cơ thường được đánh giá bằng hiệu suất loại bỏ COD, BOD 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí Quá trình sinh học hiếu khí? 14.5.1. Quá trình sinh học hiếu khí Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí : _Bùn hoạt tính. _Bể lọc sinh vật. _Hồ ổn định. 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí 14.5.2 Loại bỏ chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí: 14.5.2.1 Bùn hoạt tính: 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí Hình 14.5.2 Công nghệ bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là gì? Ứng dụng bùn hoạt tính 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí 14.5.2.1 Bùn hoạt tính: Loại bỏ được: + 91% các chất hữu cơ dễ bay hơi. + 57-96% các chất nửa bay hơi. + 99% LAS linear alkybenzen sulfante 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí 14.5.2.2. Bể lọc sinh học: Bể lọc sinh học là gì? Loại bỏ: + 91% các chất hữu cơ bay hơi + 41-91% các chất nửa bay hơi. 14.5.3. Các chất hữu cơ đôc hại được loại bỏ: 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí Pentachlorophenol (PCP) 14.5.3. Các chất hữu cơ đôc hại được loại bỏ: 14.5 Loại bỏ các chất hữu cơ độc hại bằng quá trình sinh học hiếu khí PCB (polychlorinated biphenyl) Aniline Chlorobenzene 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí 14.6.1. Quá trình kỵ khí: Qúa trình phân hủy kỵ khí là gì? Thủy phân Acid hóa Acetic hóa Metan Vi sinh vật Chất hữu cơ -------------------> CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào mới Phức chất hữu cơ Acid hữu cơ H2 Acetic acid CH4 4% 76% 20% 24% 52% 28% 72% Quá trình thủy phân Quá trình acetate hóa và khử hydro Quá trình methane hóa Phức chất hữu cơ Acid hữu cơ 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí 14.6.1. Quá trình kỵ khí: Hình 14.6.1.Qúa trình phân hủy kỵ khí a/ Qúa trình xử lý kỵ khí lơ lửng (quá trình tiếp xúc kỵ khí) 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí 14.6.1. Quá trình kỵ khí: Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao Xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn Hỗn hợp bùn và nước NƯỚC BÙN Lan can bảo vệ ống thu xử lý Sàn công tác Màng thu nước dạng răng cưa Thiết bị tách pha rắn –lỏng-khí Vaùch höôùng doøng hình coân Cầu thang Vỏ thiết bị Hoãn hôïp nöôùc thaûi Lớp bùn kị khí ống bơm nước vào thiết bị USAB Bộ phận phân phối điều lưu nước thải OÁng thoaùt khí Bình haáp thuï khí Bọt khí Dung dịch NaOH 5% ống dẫn khí a/ Qúa trình xử lý kỵ khí lơ lửng (quá trình tiếp xúc kỵ khí) 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí 14.6.1. Quá trình kỵ khí: Hình 14.6.2. Bể UASB b/ Qúa trình kỵ khí dính bám (lọc kỵ khí) 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí 14.6.1. Quá trình kỵ khí: Một số chất hữu cơ được loại bỏ: 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí Pentachlorophenol (PCP) + Đầu tiên sẽ được phân hủy trong bùn nước thải trong điều kiện tạo metan thông qua quá trình khử chlorine. + Kháng hóa tiếp CH4 và CO2 Một số chất hữu cơ được loại bỏ: 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí Trong bùn tươi, trình tự loại bỏ là ortho, meta, para, O-chlorophenol, sau đó là phenol. - Hơn 90% 2-chlorophenol, 4-chorophenol, và 2,4-dichlorophenol được kháng hóa thành CH4 và CO2 - Chlorophenol là nguồn carbon và năng lượng trong quá trình kỵ khí mà nước thải được đưa vào bể phản ứng theo chiều từ dưới lên chúng sẽ được khử chlor và khoáng hóa thành CH4 và CO2. 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí Một số chất hữu cơ được loại bỏ: - PCP cũng được phân hủy trong quá trình này và được chuyển hóa thành 3,5-diochlophenol và những phenol có chlor khác,2/3 PCP còn lại được kháng hoa thành CH4 và CO2 - Bezene và toluen,và các hợp hyrocacbon có chứa chlor cũng được phân hủy trong điều kiện kỵ khí. PCE ( Pentachloroethylen) được khử halogen chuyễn hóa thành trichlorethylene (TCE), dichloroethylen (DCE), và vinyl chloride (VC) 14.6 Loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại bằng quá trình kị khí Một số chất hữu cơ được loại bỏ: 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.1 Trao đổi chất và chuyển hóa sinh học kim loại 1. Hòa tan các khoáng tạo ra các acid mạnh như H2SO4 bởi các vi khuẩn hóa tự dưỡng (Thiobacillus) Thiobacillus ferrooxidans 2. Hòa tan các chelat kim loại tạo ra các acid hữu cơ 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.1 Trao đổi chất và chuyển hóa sinh học kim loại Thiobicacillus thiooxidans 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.1 Trao đổi chất và chuyển hóa sinh học kim loại 3. Kết tủa kim loại nặng ở dạng hydroxide tạo ra ammonia hoặc base hữu cơ. NH4+ + OH− → NH3 + H2O 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.1 Trao đổi chất và chuyển hóa sinh học kim loại 4. Kết tủa kim loại ở dạng sulfide, tạo ra H2S bởi vi khuẩn khử sulfate. Sunfobacillus acidocaldarius 5. Tạo ra các enzyme ngoại bào, mà các enzyme này có thể chelat hóa các kim loại nặng và làm giảm tính độc của chúng 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.1 Trao đổi chất và chuyển hóa sinh học kim loại Enzyme ngoại bào là gì? 6. Một số vi khuẩn có thể tạo ra các vỏ cố định Fe và Mn trên bề mặt ở dạng hydroxide và một số muối kim loại không hòa tan. 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.1 Trao đổi chất và chuyển hóa sinh học kim loại Leptospirillum ferrooxidans 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.2 Chuyển hoá sinh học một số kim loại đặc biệt 14.7.2.1: Sự tích lũy sinh học Vi khuẩn 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.2 Chuyển hoá sinh học một số kim loại đặc biệt 14.7.2.1: Sự tích lũy sinh học Nấm men Neurospora crassa 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.2 Chuyển hoá sinh học một số kim loại đặc biệt 14.7.2.1: Sự tích lũy sinh học Tảo 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.2 Chuyển hoá sinh học một số kim loại đặc biệt 14.7.2.2:Sự chuyển hóa sinh học của một số kim loại đặc biệt Pseudomonas fluorescens E. coli Clostridium Saccharomyces cerevisia Hg­2+ → Hg+ → CH3 → Hg(CH3)2 14.7 Sinh hoá sinh học các kim loại 14.7.2 Chuyển hoá sinh học một số kim loại đặc biệt 14.7.2.2:Sự chuyển hóa sinh học của một số kim loại đặc biệt THANK YOU