Công nghệ Sinh học với chế biến sản phẩm thu hoạch

Nội dung text: Công nghệ Sinh học với chế biến sản phẩm thu hoạch

1. 1 64 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g 1.2 Định nghĩa ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường là sự nhiễm bẩn của môi trường làm cho môi trường không còn trong lành, sạch sẽ. Sự nhiễm bẩn có thể xảy ra ở môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí do các tác nhân gây ô nhiễm tương ứng với từng loại môi trường trên. 1.3 Định nghĩa chất thải Chất thải bao gốm chất thải rắn, lỏng, khí được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường chất thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đó là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lí. Chất thải được phân thành các loại: + Chất thải sinh hoạt: chất thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học +Chất thải công nghiệp: chất thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả chất thải sinh hoạt nhưng trong đó chất thải công nghiệp là chủ yếu. +Chất thải đô thị: là những chất thải trong các hệ thống cống thoát của một thành phố. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường: Có nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Có nguyên nhân chính do hoạt động của các quá trình tự nhiên diễn ra trong môi trường nhưng cũng có nguyên nhân lại xuất phát từ những hoạt động của con người gây ra. * Sự phát triển của các ngành công nghiệp: Hầu hết các nhà máy đều thải ra các loại khí độc làm ô nhiễm bầu khí quyển. Lượng khí CO2 do các nhà máy thải ra làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường khí, gây nên hiệu ứng nhà kính. Nhưng đặc biệt nghiêm trọng là CFC, được sử dụng nhiều trong công nghiệp lạnh, là tác nhân phá vỡ tầng ozone bao quanh trái đất. Các hoạt động công nghiệp còn thải ra môi trường một lượng nước thải công nghiệp, là nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm cả đất.Trong công nghiệp dược phẩm, chất thải từ hoạt động sản xuất chất kháng sinh thường chứa đựng tế bào vi sinh vật, một vài sản phẩm biến thái cũng như thành phần không dùng đến của môi trường nuôi cấy cũng góp phần đáng kể vào việc làm ô nhiễm môi trường nước. Các nhà máy còn thải ra các chất rắn, các phế liệu của công nghiệp cũng là nguồn gây ô nhiễm quan trọng. * Hoạt động nông nghiệp: Việc lạm dụng thuốc trừ sâu, phân hóa học là một trong những nguyên nhân gây ô nhiẽm môi trường quan trọng. Thuốc trừ sâu, phân hóa
2. 1 6 5 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g học làm ô nhiễm cả môi trường đất, môi trường nước lẫn môi trường không khí. Thuốc trừ sâu là những hóa chất độc nên khi sử dụng nhiều nó không được phân hủy hết mà còn tồn đọng trong các sản phẩm nông nghiệp. Khi con người, gia súc sử dụng những sản phẩm này thì có thể mắc phải những bệnh nguy hiểm như ung thư, bệnh di truyền, thậm chí rất dễ bị ngộ độc thực phẩm. Ngoài ra thuốc trừ sâu còn tiêu diệt các sinh vật có lợi khác như chim, ếch, côn trùng có ích làm mất cân bằng sinh thái, làm suy giảm đa dạng sinh học. Việc sử dụng phân bón hóa học nhiều, kéo dài từ năm này qua năm khác gây ra những tác hại nghiêm trọng cho môi trường sinh thái: làm xấu tính chất hóa lí của đất, làm xấu tính chất vật lí của đất, làm cho đất bị chua hay bị kiềm hóa, tích lũy trong đất nhiều ion độc do cây không sử dụng hay không sử dụng hết. Từ những nguyên nhân trên làm cho đất ngày càng xấu đi, cân bằng sinh thái trên đồng ruộng bị phá vỡ. Ngoài ra, để có phân hóa học cung cấp cho nông nghiệp các nhà máy sản xuất phân bón trên thế giới hàng ngày thải ra không khí, nước, đất những chất rất độc hại làm ô nhiễm môi trường. * Phá rừng: Có thể xem phá rừng là nguyên nhân cơ bản, là nguồn gốc của nhiều nguyên nhân khác làm mất cân bằng sinh thái và ô nhiễm môi trường sống. Rừng chính là cái máy điều hòa tỉ lệ khí O2/CO2 khổng lồ trên trái đất giúp cho việc duy trì sự sống trên trái đất. Rừng chính là lá phổi của trái đất. Rừng còn tạo nên một thảm thực vật giữ nước khổng lồ ngăn chặn xói mòn, lũ lụt Rừng còn là nơi để bảo tồn tính đa dạng sinh học, bảo đảm sự cân bằng trên trái đất. Thế nhưng hiện nay rừng đang bị tàn phá nghiêm trọng, diện tích rừng ngày càng bị thu hẹp do hoạt động của con người. Hàng năm có khoảng 10 triệu ha rừng bị con người trên thế giới phá hủy với các mục đích khác nhau. Phá rừng đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng. - Nạn phá rừng, đốt rừng là nương rẫy đã làm tăng CO2 gây mất cân bằng tỉ lệ O2/CO2 có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống trên trái đất. - Rừng đầu nguồn bị phá làm giảm khả năng giữ nước là nguyên nhân chính gây ra lũ lụt, xói mòn. - Rừng bị chặt phá làm mất thảm thực vật bao phủ trở thành đất trống đồi trọc làm cho sự xói mòn xảy ra nghiêm trọng. Chất dinh dưỡng trong đất bị trôi theo dòng nước, đất cạn dần chất dinh dưỡng.
3. 1 6 6 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g - Rừng bị phá làm giảm tính đa dạng sinh học. Sự suy giảm tính đa dạng sinh học trên trái đất dẫn đến sự diệt vong của nhiều loại động thực vật từ đó làm cho cân bằng sinh thái bị phá vỡ. * Hoạt động của con người: Xã hội càng văn minh, dân số càng tăng thì ngày càng xuất hiện nhiều yếu tố gây ô nhiễm môi trường. - Sự bùng nổ dân số kéo theo quá trình đô thị hóa ngày càng diễn ra mạnh mẽ mà môi trường đô thị là môi trường bị ô nhiễm nặng. - Sinh hoạt của con người tạo nên lượng rác thải, nước thải lớn gây ô nhiễm môi trường. Dân số càng tăng thì nguy cơ ngày càng lớn. - Xã hội càng văn minh, con người càng có nhu cầu sử dụng nhiều loại phương tiện gây ô nhiễm môi trường như xe có động cơ, tủ lạnh Ô nhiễm do xe cộ thải ra trong môi trường không khí ngoài CO2 ra còn có cả Pb. * Những nguyên nhân khác: Bên cạnh những nguyên nhân thường xuyên trên còn có những nguyên nhân không thường xuyên nhưng không kém phần quan trọng cũng góp phần gây ô nhiễm môi trường - Nạn cháy rừng tự nhiên. - Nạn đắm tàu chở dầu. - Các vụ thử vũ khí hạt nhân - Chiến tranh hóa học, vi trùng - Tai nạn các nhà máy hạt nhân. Nắm bắt được những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, con người đã tìm ra những giải pháp thích hợp để ngăn ngừa sự ô nhiễm môi trường. Giải pháp đầu tiên và cũng có ý nghĩa quyết định là ngăn chặn ngay những nguyên nhân do chủ quan con người tạo ra. Đồng thời xây dựng những giải pháp khoa học để ngăn chặn và xử lí hậu quả của sự ô nhiễm môi trường. Trong những giải pháp khoa học thì công nghệ sinh học đóng góp vai trò chủ đạo, quyết định nhất. 2. Sự ô nhiễm môi trường * Ô nhiễm môi trường không khí: Theo TCVN 5966-1995 sự ô nhiễn không khí được qui định như sau: là sự có mặt của các chất trong khí quyển sinh ra từ hoạt động của con người hoặc từ các quá trình tự nhiên và nếu nồng độ đủ lớn và thời gian đủ lâu chúng sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái dễ chịu, sức khỏe hoặc lợi ích của người hoặc môi trường CO2 thải vào khí quyển ngày càng tăng cao : - Năm 1950 : lượng CO2 thải vào không khí là 12 triệu tấn/năm - Năm 1980 : lượng CO2 thải vào không khí là 150 triệu tấn/năm - Năm 1990-1991 : lượng CO2 thải vào không khí là 3000 triệu tấn/năm
4. 1 6 7 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g - Năm 1996 : lượng CO2 thải vào không khí là 5200 triệu tấn/năm - Năm 1998 : lượng CO2 thải vào không khí là 6000 triệu tấn/năm Tuy nhiên, hội nghị thượng đỉnh về môi trường họp tại Rio De Janeirio vào tháng 6/1992 đã yêu cầu giảm thiểu mức thải CO2 trong những năm cuối thập niên 90 chỉ bằng mức năm 1991 là 3000 triệu tấn/năm. Nguồn gây ô nhiễm không khí Có không dưới 100 các tác nhân gây ô nhiễm không khí. Tuy nhiên có 9 nhóm chính gây ô nhiễm không khí ở bên ngoàì  Carbon oxides: CO và CO2  Sulfur oxides: SO2 và SO3  Nitrogen oxides: NO, NO2 và N2O  Các hợp chất dễ bay hơi (VOCS): có hơn 100 hợp chất khác nhau như: CH4, C6H6, CFCS.  Các chất lơ lửng đặc biệt (SPM): có hơn 1000 dạng khác nhau như bụi rắn, các dạng giọt lỏng, dầu, H2SO4, Chì, Asen, Cadimium, PCBs, DDT và các loại thuốc trừ sâu  Các chất quang hóa như: PANS, NOX và các hợp chất hydrocarbon dễ bay hơi dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời.  Các chất phóng xạ: Radium 222, Iode 131, Strontium 90, Phetonium - 239 và các đồng vị phóng xạ khác có trong khí quyển.  Nhiệt: Ô nhiễm nhiệt xuất hiện khi năng lượng bị biến đổi từ dạng này sang dạng khác như khi sử dụng các chất đốt là nguyên liệu hóa thạch, các nhà máy, các khu công nghiệp và các chất đốt bằng gỗ củi.  Tiếng ồn: Tiếng ồn ô nhiễm bởi các động cơ, xe cộ, máy bay, tàu hỏa, công nghiệp chế tạo, công nghiệp xây dựng, máy xén cỏ, máy hút bụi, radio, cassette và các họat động khác.  Các nhà máy hóa chất, các hoạt động có tính công nghiệp đã thải vào môi trường những chất độc hại như dioxydsulfur , CFC (Clore Flore Carbon) đã làm bào mỏng tầng ozone, tăng hiệu ứng nhà kính Công nghiệp tạo ra nhiều nguồn ô nhiễm khác nhau. Ví dụ: sản xuất giấy gây ra bụi và hỗn hợp hydrogen, chế biến hạt Điều tạo ra bụi H2S dạng hôi và H2SiF6. Nhà máy lọc dầu tạo ra bụi, mùi hôi và phenol. Nhà máy thuốc lá tạo ra bụi, mùi hôi nicotine, các nhà máy hợp chất SO2, NO2, CO2. Nhà máy supper phosphate tạo ra HC, SO2, CO2, NO2. Thành phố Hồ Chí Minh có gần 1000 nhà máy công nghiệp, 30.000 cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp và hàng trăm cơ sở đầu tư nước ngoài, hầu hết các cơ sở sản xuất đều chưa có hệ thống xử lí khí thải hoàn chỉnh. Theo thống kê chưa đầy đủ thì lượng khí ô nhiễm hàng năm
5. 1 6 8 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g thải ra 1017 tấn bụi, 30.580 tấn SO2, 390 tấn SO3, 1.948.500 tấn CO2, 260 tấn CO, 7.554 tấn NO2, 137 tấn hydrocarbon, 78 tấn aldehyde. Toàn bộ các nhà máy thuộc công ti Thép miền Nam hàng năm thải vào môi trường từ 2.840 tấn đến 4.600 tấn bụi và 994-1.420 tấn CO. Tại thành phố Hồ Chí Minh với số xe trên 900 ngàn chiếc, hàng tháng tăng 1200 chiếc cùng hàng triệu lượt xe từ các tỉnh về thành phố tiêu thụ khoảng 2-19 ngàn tấn xăng, 190.000 tấn CO, 12.000 ngàn tấn CO2, 13.200 tấn hydrate carbon, 160 tấn aldehyde. Tính trên toàn thế giới, riêng các phương tiện cơ giới đã thải ra 60% khí CO, 42% NO2 và 40% hydrate carbon, 13% muối và 3% SO2. Riêng giao thông vận tải thải ra 18% tổng lượng CO2 trên thế giới tương đương 700 triệu tấn carbon mỗi năm (Cứu lấy trái đất UNEP, 1992) Theo báo cáo của viện Quan sát Thế giới, 1992, tốc độ chất thải của các phương tiện cơ giới Mĩ: CO là 60,3 triệu tấn, HC: 14,1 triệu tấn, SO2: 16,6 triệu tấn, NO2: 18,2 triệu tấn, SPM: 4,1 triệu tấn. Giao thông càng phát triển càng tăng sự ô nhiễm. Ngoài ra tàu hỏa, tàu thủy chạy bằng than hay xăng dầu đều gây ô nhiễm môi trường tương tự như xe ô tô. Máy bay cũng là nguồn gây ô nhiễm bụi, hơi độc hại và tiếng ồn, đặc biệt máy bay siêu âm còn thải ra nitrooxide gây hư hại tầng ozone là tấm lá chắn tia cực tím cho trái đất. Nguồn ô nhiễm không khí từ nông nghiệp tạo ra khoảng 15% tổng số các chất khí ô nhiễm gây bức xạ tạo nên hiệu ứng nhà kính. Trong đó CO2 được tạo thành do việc đốt rừng làm nương rẫy và do hỏa hoạn. Trong thập kỉ qua đã có 1.700.000km2/năm rừng nhiệt đới bị tàn phá mà hậu quả lượng CO2 tăng lên nhiều. Những cánh đồng lúa miền đất ướt giải phóng khí methan từ các quá trình phân giải chất hữu cơ. Nguồn sản sinh các chất này đáng kể từ các trang trại chăn nuôi và từ các đống rác không xử lí đúng kĩ thuật. Các chất khí này gây ô nhiễm môi trường làm tăng hiệu ứng nhà kính và phá hủy tầng ozone. Ngoài ra các cuộc chiến tranh cũng làm ô nhiễm môi trường khí rất cao. Lượng bom đạn đã gây những tai họa về người và có thể thống kê, nhưng những tai họa về môi trường sinh thái thì không thể thống kê và khó khắc phục hậu quả. Ở Việt Nam trong thời kỳ chiến tranh chống Mĩ có hàng triệu tấn bom, hàng chục sân bay dã chiến vùng rừng đã phá đi sinh cảnh, ở miền Nam 72 triệu lít hóa chất diệt cỏ, 44 triệu lít chất độc màu da cam rải xuống đã tàn phá rừng và đưa vào môi trường các chất độc hại khác. Người dân vùng vĩ tuyến thứ 17 trong thời kì Mĩ đánh phá ác liệt, hàng vạn tấn bom, đạn đại bác đã rơi vào quê hương họ, thường xuyên bị khói thuốc súng quyện với bụi đất mù mịch. Nhưng người dân ở đây vẫn kiên
6. 1 6 9 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g cường anh dũng chống trả máy bay, bom đạn của đế quốc Mĩ và họ vẫn vui vẻ nói đùa một cách dí dỏm: “Quê tôi ở cực nam của miền Bắc, cực bắc của miền Nam nên cực ơi là cực”. Cuộc chiến tranh vùng vịnh 1991, hơn 570 giếng dầu bị đốt cháy, trung bình mỗi ngày có khoảng 120 triệu đô la Mĩ biến thành khói đen. Theo tính toán trong thời gian xảy ra cuộc chiến có khoảng 3 triệu tấn khí carbon, CO2, carbon hydroxide và các hóa chất độc hại khác sản sinh ra từ các giếng dầu bị cháy làm ô nhiễm nghiêm trọng vùng trời ở vùng vịnh và các khu vực khác. Do dầu mỏ cháy không hết nên trong khói dầu có nhiều chất độc hại như khí carbon, hydrocarbon, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Khắp mọi nơi ở thủ đô Kuwait đều sực mùi dầu cháy, nhiều người bị ho và nhức đầu. Trong năm 1991 ở Takzan xuất hiện nhiều trận mưa acid đều là mưa acid quá mức bình thường. Khí quyển bị ô nhiễm không những trực tiếp đe dọa sức khỏe con người mà còn ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu. Hiện nay toàn cầu đang lo ngại về những mối đe dọa lớn liên quan đến sự ô nhiễm khí quyển đó là mưa acid, hiệu ứng nhà kính và thủng tầng ozone. * Ô nhiễm môi trường đất: Ô nhiễm môi trường đất là sự xâm nhập hoặc đưa vào những chất lạ có khả năng tác hại đến sinh vật và môi trường trong các môi trường với liều lượng trên mức cho phép . Các nguồn gây ô nhiễm môi trường đất - Từ tự nhiên: Các loại ô nhiễm do sự cố của môi trường ở những vùng khác nhau. Chẳng hạn, núi lửa là hiện tượng sự cố gây ảnh hưởng đến môi trường đất, nút đất cũng ảnh hưởng đến môi trường đất, sự tuần hoàn nước với một tốc độ quá lớn đột ngột cũng là một hiện tượng gây sạt lỡ. - Từ con người: đây là ngyên nhân lớn nhất + Từ hoạt động công nghiệp: thải vào môi trường không khí một lượng bụi trong đó có chứa những dạng ô nhiễm như có gốc acid (Cl-, SO4 ) để khi kết hợp với nước tạo thành đám mây acid rơi xuống làm ô nhiễm môi trường đất, độ pH của đất thay đổi. Bụi thải có những kim loại nặng vào không khí như Pb, Zn, As, nhờ trọng lực của chúng rơi xuống đất làm ô nhiễm môi trường đất. Ngoài ra hoạt động công nghiệp còn thải ra môi trường đất nguồn nước bẩn rồi thẩm thấu, khuếch tán vào môi trường đất gây ô nhiễm. + Hoạt động nông nghiệp: gây ô nhiễm theo những hướng khác nhau như: sử dụng phân bón hóa học, nguồn thuốc bảo vệ thực vật.
7. 17 0 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g + Sinh hoạt: chủ yếu là rác thải, bình quân 1 người/1ngày thải 4 kg rác thải. Các rác thải này thay đổi theo thời gian và mức sống của từng vùng, đặc biệt khi công nghiệp hóa-hiện đại hóa phát triển thì nguồn rác thải càng phong phú và khó phân hủy. * Ô nhiễm môi trường nước: Là sự đưa các chất lạ vào trong nguồn nước do các hoạt động của tự nhiên, con người quá tiêu chuẩn cho phép gây ảnh hưởng đến đời sống, sức khỏe của con người. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước: Nguồn gốc gây ô nhiễm có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo. Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên có thể do mưa, tuyết tan, bão tố, núi lửa, Nó rất nghiêm trọng nhưng xảy ra không thường xuyên và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu. Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu là do nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, giao thông vận tải, phân bón và các hóa chất bảo vệ thực vật. Dựa vào nguồn gốc phát sinh mà người ta phân ra thành các loại nước thải: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước mưa chảy tràn, nước sông, hồ, biển bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên. Đặc tính các loại nước thải: - Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, Loại nước thải này chứa hàm lượng các chất hữu cơ không bền vững khá cao, dễ bị phân hủy sinh học. Các chất này khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện sống khác nhau. Ở Mĩ là 380 - 500 lít/người/ngày đêm. - Nước thải công nghiệp: Sự tăng nhanh về công nghiệp đã làm tăng nhu cầu về nước và lượng nước thải từ đó cũng tăng lên. Đặc biệt đối với các ngành chế biến thực phẩm, giấy, hóa chất, dầu mỏ, than và luyên kim. Năm ngành này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước trong sản xuất. Chẳng hạn phải sử dụng 15 lít nước để sản xuất 1 lít bia, 200 m3 nước để sản xuất 1 lít dầu lọc, 300 m3 nước để sản xuất 1 tấn giấy. - Nước chảy tràn mặt đất: Do nước mưa hoặc do thoát nước từ đồng ruộng cũng là nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ, biển. Nước rữa trôi đồng ruộng có thể cuốn theo các chất rắn, hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Nước rửa trôi qua khu dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp có thể làm ô nhiễm nguồn nước do các chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi sinh vật, - Nước sông, hồ bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên:
8. 17 1 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lun g Nước sông, hồ bị ô nhiễm mặn ở vùng ven biển có thể chuyển nước mặn vào các vùng sâu trong nội địa. Nước sông, kênh rạch bị nhiễm phèn có thể chuyển acid, sắt, nhôm, đến các vùng khác và gây suy giảm chất lượng nước của vùng bị tác động. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hoàng Huệ, 1996. Xử lí nước thải. Nxb Xây dựng. Hà Nội. 2. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 1999. Giáo trình công nghệ xử lí nước thải. Nxb Khoa học Kỹ thuật. Hà Nội. 3. Trần Cẩm Vân, Bạch Phương Lan, 1995. Công nghệ vi sinh và bảo vệ môi truờng. Nxb Khoa học & Kỹ thuật. Trung tâm Giao lưu quốc tế về Văn hóa Giáo dục và Khoa học (CCES), Hà Nội.
9. 172 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Chương IX Vai trò của công nghệ sinh học trong việc xử lí môi trường 1. Những nghiên cứu trong việc chống ô nhiễm môi trường Ngày nay, để xử lí chất thải người ta đã phối hợp các biện pháp cơ học, vật lí (lọc, nghiền, sa lắng ), biện pháp hóa học (phân hủy, diệt sinh vật hại ) kết hợp với biện pháp sinh học thành qui trình xử lí hiện đại và mang tính triệt để nhất. Tùy theo loại chất thải khác nhau mà các công đoạn, trình tự xử lí có khác nhau để loại trừ các chất, thành phần không mong muốn. Trong qui trình này, công đoạn xử lí sinh học đã lợi dụng đặc tính sinh vật để biến đổi thành phần chất thải. Có thể tóm lược qui trình như sau: - Sử dụng các vi sinh vật phân giải yếm khí để phân giải các chất thải có nguồn gốc hữu cơ. - Sử dụng các vi sinh vật, enzyme để phân giải hiếu khí các chất thải, biến chất thải thành chất có thể sử dụng được. - Sử dụng vi sinh vật để hấp thu các chất khó tan, biến chúng thành các sản phẩm khác, biến đổi tính chất của chất thải. - Dùng thực vật thủy sinh hoặc trồng hoa màu dưới dạng thủy canh + - 3- để hút các “chất bẩn” hòa tan trong môi trường như NH4 , NO3 , PO4 dùng làm thức ăn để đồng hóa trong cơ thể thực vật. Lúc này môi trường mới sạch thực sự. 2. Chế biến và sử dụng chất thải trong môi trường Một số qui trình xử lí chất thải Qui trình xử lí chất thải cổ điển Từ xưa con người đã biết xử lí chất thải bằng các biện pháp hết sức đơn giản, thô sơ như đốt, chôn lấp các chất thải rắn, vớt rác thải trước khi cho thải ra sông, ao hồ. Đặc biệt đối với chất thải từ chăn nuôi (phân) người ta ủ với rơm rạ và dùng làm phân bón cho cây trồng Do mật độ dân cư chưa cao, thêm vào đó là nền sản xuất thô sơ nên chất thải không nhiều, hơn nữa chủ yếu là các dạng dễ phân giải nên chất thải có đủ mặt thoáng, thời gian để phân giải, chuyển hóa vào chu trình vật chất. Quá trình xử lí khá đơn giản, chủ yếu dựa vào các sinh vật có sẵn trong tự nhiên, vấn đề rác thải chưa mang tính xã hội.
10. 173 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Qui trình xử lí chất thải hiện đại Cùng với sự phát triển của nền văn minh và tốc độ phát triển của loài người, môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng. Như vậy, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề quan tâm của toàn nhân loại. Con người phải giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường với các qui trình, công đoạn phức tạp, có sự tham gia của nhiều lĩnh vực khoa học: vật lí, hóa lí, sinh học Trong những giải pháp khoa học thì công nghệ sinh học (CNSH) đóng góp vai trò chủ đạo, quyết định nhất. CNSH ngày nay đã trở thành công cụ đắc lực để con người bảo vệ được môi trường sống khác của hành tinh. CNSH được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau để bảo vệ môi trường. Dùng cây cố định đạm để bảo vệ, cải tạo đất Đất trống, đồi trọc là đất đai dễ bị thoái hóa do xói mòn, rửa trôi. Để chống sự thoái hóa của đất ở đây thì biện pháp hàng đầu là phủ xanh các vùng đất đó. Tuy nhiên đất ở đây nghèo chất dinh dưỡng và vùng đất này thường rất chua. Do đó biện pháp đầu tiên là phải tìm ra loại cây thích hợp với vùng đất. Theo nhiều nghiên cứu thì các cây họ Đậu thích hợp với vùng đất này, chúng có khả năng cải tạo đất rất tốt. Chúng bổ sung đạm cho đất cải tạo khu hệ vi sinh vật quanh rễ góp phần thúc đẩy quá trình tạo mùn trong đất, giữ nước hạn chế xói mòn. *Phương pháp trồng cây bộ Đậu: - Chọn giống: do điều kiện khắc nghiệt của vùng đất trống, đồi trọc, muốn cho cây phát triển tốt trước hết cần chọn giống thích hợp. + Chọn lọc giống nào phát triển tốt trên đất trống, đồi trọc trong số tập đoàn các giống cây bộ Đậu. + Lai tạo để tạo ra các giống cây đậu thích hợp với vùng đất đó. + Hoặc dùng công nghệ gene để tạo ra giống cây chịu hạn, cần ít chất dinh dưỡng, chịu chua để thích ứng với điều kiện khắc nghiệt ở vùng đồi trọc mà vẫn cho năng suất tốt. - Nhân giống: dùng phương pháp nuôi cấy mô tế bào để nhân giống cây đã được chọn, đáp ứng nhu cầu trồng ở những diện tích lớn. - Trồng cây bộ Đậu lên vùng đồi trọc. Tùy theo điều kiện đất đai, khí hậu và nhu cầu của từng giống cây mà có biện pháp kĩ thuật hợp lí. * Nhân giống vi khuẩn Rhizobium Song song vói việc chọn giống cây bộ Đậu, nhân giống và trồng cây cần tiến hành việc chọn lọc, nhân giống vi khuẩn Rhizobium thích hợp với cây bộ Đậu đem trồng để cải tạo đất.
11. 174 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Dùng vi khuẩn Rhizobium đó để sản xuất phân vi sinh (nitragin) để bón cho cây. Có thể dùng nitragin tẩm hạt hay bón vào đất trước khi trồng cây bộ Đậu. Tạo khả năng cố định đạm: tạo nên các dạng cây có khả năng cố định đạm để tự cung cấp đạm. Dùng công nghệ gene để chuyển gene sản xuất enzyme nitrogenase (gọi là gene nif) từ vi khuẩn cố định N2 sang cho E.coli tạo cho E.coli có khả năng cố định N2, rồi sử dụng E.coli này cho cây trồng như là nguồn cung cấp N2 cho cây Dùng phân sinh học chống ô nhiễm Phân hóa học có vai trò lớn trong việc nâng cao năng suất cây trồng. Tuy nhiên nếu lạm dụng phân hóa học quá thì sẽ dẫn đến những tác hại nghiêm trọng, nhất là gây ô nhiễm môi trường. Để tránh ô nhiễm môi trường biện pháp có hiệu quả nhất là sử dụng phân bón sinh học thay thế cho phân hóa học. Bởi vì phân sinh học có vai trò lớn trong việc nâng cao năng suất cây trồng nhưng không gây ô nhiễm môi trường, góp phần xây dựng một nền nông nghiệp sinh thái. Phân vi sinh là dạng có nhiều ưu điểm. CNSH đã tạo ra nhiều dạng phân vi sinh có giá trị sử dụng cao, với hiệu quả khác nhau phù hợp với các loại cây trồng khác nhau, các loại đất trồng khác nhau. Phổ biến nhất hiện nay là phân sinh học nitragin và Azotobacter, ngoài ra còn có phân lân sinh học. Dùng phương pháp sinh học để bảo vệ thực vật Thuốc trừ sâu hóa học gây nhiều tác hại cho môi trường nên việc sử dụng biện pháp sinh học để bảo vệ thực vật có ưu điểm rất lớn trong bảo vệ môi trường, bảo vệ tính đa dạng sinh học, bảo đảm sự cân bằng sinh thái. Những biện pháp sinh học để bảo vệ thực vật gồm: - Dùng vi sinh vật diệt côn trùng gây bệnh: Có 3 nhóm có khả năng gây bệnh cho côn trùng là vi khuẩn, vi nấm và virus. Trong nhóm vi khuẩn người ta thường dùng Baccilus thuringiensis tạo chế phẩm trừ sâu sinh học. - Dùng vi sinh vật diệt vi sinh vật gây bệnh: Chủng vi sinh vật thường được sử dụng để tạo ra thuốc trừ sâu sinh học là xạ khuẩn phân lập từ đất. Sau khi chọn được chủng thích hợp tiến hành nuôi cấy để nhân giống trong nồi lên men. Dịch nuôi cấy đó chính là chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học thô. Từ chế phẩm đó có thể tạo ra thuốc trừ sâu dạng nước hoặc dạng bột để sử dụng. - Dùng côn trùng, động vật khác diệt côn trùng gây bệnh.
12. 175 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Nguyên tắc chung của các biện pháp trên là sử dụng tính đối kháng sinh học giữa các nhóm sinh vật với nhau để tiêu diệt các sinh vật gây bệnh cho cây. Khi sử dụng thuốc trừ sâu, không chỉ côn trùng gây hại bị tiêu diệt mà các loài đối kháng với chúng cũng bị tiêu diệt theo làm cho yếu tố tự điều chỉnh của hệ sinh thái tự nhiên bị mất đi, hệ sinh thái tiếp tục mất cân bằng ngày càng nghiêm trọng thêm. Các phương pháp sinh học bảo vệ thực vật là nhằm vào việc phục hồi những loài đối kháng với côn trùng gây hại để tiêu diệt các loài côn trùng gây hại mà không làm ô nhiễm môi trường. Công nghệ xử lí rác thải Rác là một nguyên nhân nghiêm trọng gây ô nhiễm môi trường như môi trường nước, đất, không khí. Rác thải trong môi trường hiện nay chủ yếu là rác thải sinh hoạt và rác thải công nghiệp. Thành phần rác rất đa dạng. Rác sinh hoạt chủ yếu là giấy loại, nhựa, tổng hợp thủy tinh cao su, phế thải từ thức ăn Thành phần hóa học phức tạp gồm chất vô cơ và chất hữu cơ khó phân hủy còn rác trong công nghiệp gồm nhiều loại phế thải như kim loại, thủy tinh, nhựa, giấy có thành phần lí hóa khác nhau nên phương pháp xử lí chúng cũng rất phức tạp. Việc xử lí rác thải mà không làm ảnh hưởng đến môi sinh khác như khí, nước là một vấn đề lớn. Trước đây, phần lớn rác của các thành phố, khu vực dân cư được tập trung lại rồi chôn hoặc đốt đi. Cả 2 phương pháp này đều làm cho ô nhiễm lại môi trường, là phương pháp xử lí chậm lại ít hiệu quả trong thời đại hiện nay do sự phát triển của khoa học hiện đại. Sự phát triển của khoa học công nghệ đã góp phần rất lớn vào công cuộc bảo vệ môi trường xanh sạch đẹp như công nghệ hóa chất nhưng những công nghệ đó vừa xử lí nhưng lại vừa làm ô nhiễm nghĩa là công việc xử lí môi trường bằng phương pháp lí hóa chưa đem lại kết quả tối ưu. Nói như vậy là để ta thấy được ứng dụng và vai trò rất lớn của công nghệ sinh học trong xử lí rác thải. Xử lí môi trường nói chung (rác thải nói riêng) bằng phương pháp sinh học đem lại hiệu quả cao nhất, vừa không làm ô nhiễm môi trường trở lại, vừa có hiệu quả kinh tế cao. Có nhiều phương pháp xử lí phế thải khác nhau đang được sử dụng Bản chất của các phương pháp đó thể hiện trong 4 nội dung chủ yếu sau: - Phân hủy sơ cấp làm thay đổi bản chất hóa học của các chất xử lí. - Phân hủy sinh học sơ cấp làm làm thay đổi tính chất của chất xử lí. - Phân hủy sinh học riêng biệt để biến phế thải hữu cơ thành sản phẩm vô cơ.
13. 176 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung - Hút các chất vô cơ để cho môi trường trở nên sạch hơn nhờ thực vật trong quá trình đồng hóa của mình tạo nên các sản phẩm hữu ích. Các quá trình trên thực hiện được nhờ có sự tham gia tích cực của các nhóm vi sinh vật và thực vật thích hợp. Do thành phần chủ yếu của phế thải là cellulose cho nên các vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose được sử dụng vào việc xử lí phế thải rất hiệu quả Cứ như vậy, tùy thuộc vào thành phần của từng loại rác mà ta chọn và sử dụng vi sinh vật cho phù hợp. * Việc sử dụng vi sinh vật để phân hủy rác được tiến hành qua các bước sau: • Phân lập vi sinh vật phân hủy rác. • Chọn chúng thích hợp, nâng cao hoạt tính phân hủy rác. • Thử nghiệm khả năng phân hủy rác. • Chế tạo chế phẩm. Các chế phẩm khi đem sử dụng phải tùy thuộc vào loại rác, tùy chủng vi sinh vật mà có thể thực hiện các phương pháp phân hủy khác nhau: phân hủy kị khí, phân hủy hiếu khí hay phân hủy hiếu khí-kị khí phối hợp. Rác sau khi phân hủy được dùng làm phân bón. Ở các nước tiên tiến người ta tiền hành xử lí rác thải theo các phương pháp hiện đại bằng các thiết bị hiện đại. Các phương pháp đó cũng dựa vào khả năng phân hủy rác của các nhóm vi sinh vật được tiền hành trong các thiết bị khép kín nên không ảnh hưởng đến môi trường. Có 2 phương pháp xử lí rác chủ yếu theo các công nghệ tiên tiến này: - Xử lí phế thải bằng con đường hiếu khí, con đường này có 3 công nghệ đang được sử dụng: * Xử lí bằng màng lọc thẩm thấu. * Xử lí bằng buồng hoạt tính. * Xử lí bằng lớp men giả. Đây là một công nghệ sử dụng rộng rãi vào khoảng 2 thập kỉ gần đây, đặc biệt ở các nước đang phát triển như Trung Quốc,Việt Nam. + Xử lí phế thải bằng con đường yếm khí là quá trình xử lí phế thải sử dụng các vi sinh vật yếm khí để phân hủy chất hữu cơ trong phế thải thành khí methan. Đây là hướng vừa xử lí phế thải vừa tạo ra biogas để sử dụng trong sinh hoạt. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở Ấn Độ, chi phí ít và tiết kiệm về kinh tế. + Các phế thải công nghiệp được chia thành 2 nhóm: - Các phế thải có liên quan đến sinh học như công nghiệp sữa đường, thực phẩm
14. 177 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung - Các phế thải không liên quan đến sinh học như công nghiệp nặng, cơ khí Đối với loại này thường xử lí bằng phương pháp lí hóa. Đối với phế thải có liên quan đến sinh học thì tùy theo loại phế thải mà có phương pháp xử lí thích hợp: + Xử lí phế thải ngành công nghiệp sữa Huyết thanh sữa là phế thải chủ yếu của ngành công nghiệp sữa. Với loại phế thải này người ta thường cô đặc làm thức ăn gia súc hoặc cho lên men Lactobacillus bulgaricus để thu sinh khối sinh vật giàu protein làm thức ăn cho gia súc. + Xử lí phế thải ngành công nghiệp giấy Phần phế thải nhà máy phụ thuộc phương pháp thủy phân nguyên liệu để làm giấy. Nếu xử lí bằng kiềm thì phế thải chứa nhiều ligin khó phân giải và các acid hữu cơ. Phế thải này khó xử lí bằng phương pháp sinh học nên thường đốt để tận dụng năng lượng. Nếu xử lí nguyên liệu bằng acid thì phế thải chứa 60% lignin, các loại đường chiếm 30% và các chất khác như acetic, methan các loại phế thải này dùng phương pháp lên men tạo nên sinh khối giàu protein. + Xử lí phế thải ngành công nghiệp nhuộm Phế thải chứa nhiều màu và sắc tố khác nhau. Ngoài ra còn chứa nhiều chất độc nên chủ yếu dùng phương pháp hóa học. + Xử lí ô nhiễm dầu mỏ Dầu mỏ là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong khai thác, vận chuyển và sử dụng. Để xử lí ô nhiễm do dầu mỏ người ta thường sử dụng các vi sinh vật sử dụng dầu làm thức ăn để xử lí. Xử lí nước thải bằng CNSH Có nhiều phương pháp xử lí nước thải, mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm của nó. - Phương pháp hóa học: dùng chất kết tủa, lọc kết hợp với sự phân hủy hóa học. - Phương pháp vật lí: dùng nhiệt để diệt trùng và phân hủy. - Phương pháp hóa lí: trao đổi ion, hấp thụ. - Phương pháp sinh học: sử dụng vi sinh vật và thực vật. Trong các phương pháp trên phương pháp sinh học ngày càng được sử dụng rộng rãi vì phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác: - Phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhanh, triệt để mà không gây ô nhiễm môi trường. - Tạo ra được một số sản phẩm có ích để sử dụng trong công nghiệp và sinh hoạt (như biogas, ethanol ), trong nông nghiệp (phân bón).
15. 178 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung - Thiết bị đơn giản, phương pháp dễ làm, chi phí tốn kém ít hơn các phương pháp khác. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp sinh học xử lí nước thải là dùng hệ vi sinh vật để phân hủy các chất có trong nước thải tạo nên các sản phẩm không độc hại cho môi trường. Các sản phẩm của quá trình phân giải nước thải do vi sinh vật có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của sản xuất đời sống như như tạo ra biogas, tạo protein trong sinh khối vi sinh vật để làm thức ăn gia súc Hệ vi sinh vật tham gia trong xử lí nước thải có nhiều loại khác nhau như nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. Tùy theo hệ vi sinh vật sử dụng mà có phương pháp xử lí thích hợp theo hai hướng: xử lí yếm khí và xử lí hiếu khí hay xử lí tự nhiên. *Phương pháp hiếu khí xử lí nước thải Đây là phương pháp xử lí nước thải trong điều kiện có O2 tham gia. - Sử dụng “bùn hoạt động” để xử lí. “Bùn hoạt động” là một hỗn hợp dạng lỏng sệt như bùn trong đó chứa nhiều vi sinh vật hiếu khí (vi sinh vật chiếm 70% khối lượng của bùn). Bùn hoạt động có khả năng vô cơ hóa mạnh các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Hệ sinh vật dùng trong bùn hoạt động gồm nhiều nhóm khác nhau, thường gặp là Actinomyces, Bacillus, Bacterium, Pseudomonas, Micrococus Cho bùn hoạt động chảy vào bể xử lí nước thải. Tại bể xử lí các vi sinh vật sẽ tiến hành phân hủy các chất có trong nước thải trong điều kiện không khí luôn luôn được sục vào bể. Sau khi qua bể xử lí, tiến hành quá trình lắng hỗn hợp để lọc phần nước sạch và tách phần cặn bã. Phần nước sạch sẽ được đưa ra để sử dụng lại theo các mục đích riêng. *Dùng bể xử lí hiếu khí: bùn hoạt động chứa sẵn trong bể, cho nước thải chảy vào bể, khuấy sục khí. Nước sau khi được xử lí lấy ra bằng van và đem sử dụng lại, ngoài ra theo phương pháp này còn thu được biogas. *Dùng bể lọc sinh học: người ta cho vào bể vật liệu xốp, mang vi sinh vật. Vật liệu xốp có thể là mảnh gốm, sứ, đá dăm, sỏi, polymer với độ xốp cao. Nước thải phun từ trên xuống, không khí thổi từ dưới lên. Nước xử lí sơ bộ đó đưa sang bể lắng để tách. *Phương pháp xử lí yếm khí nước thải Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi sinh vật yếm khí để xử lí nước thải trong điều kiện không có O2.
16. 179 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Một trong những biện pháp yếm khí xử lí nước thải là dùng bể methan để xử lí. Phương pháp yếm khí chủ yếu dùng cho loại nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, có nhiều cặn, chất xơ thường ở dạng đặc quánh như bùn. Quá trình làm sạch nước thải tiến hành trong bể kín đảm bảo điều kiện yếm khí. Cho nước thải vào bể đó vi sinh vật phân giải yếm khí sẽ tiến hành quá trình phân giải chất hữu cơ có trong nước thải. Sản phẩm của quá trình phân giải này là biogas chiếm 50-80%. Ngoài ra còn có một số chất khác như benzol, toluel Hệ vi sinh vật lên men yếm khí thường có sẵn trong nước thải. Tuy nhiên để tăng nhanh tốc độ phân giải, nâng cao năng suất hoạt động của các bể methan, có thể phân lập, nuôi cấy các vi sinh vật thích hợp để cung cấp thêm cho bể. Các nhóm vi sinh vật thường gặp trong quá trình phân hủy này là Methanococcus, Methanobacterium, Methanosarcina Do ý nghĩa của bể methan mà hiện nay phương pháp này đang được phổ biến rộng rãi từ qui mô nhỏ ở hộ gia đình cho đến qui mô công nghiệp để vừa xử lí nước thải giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường vừa tạo ra khí biogas cung cấp cho sinh hoạt. Đặc biệt ở qui mô hộ gia đình thì phương pháp này rất tiện lợi và có hiệu quả cao nên được ứng dụng khá rộng rãi trong nhân dân. Xử lí bằng thực vật thủy sinh Ngoài việc xử lí nước thải bằng các loại vi khuẩn hiếu khí, yếm khí nhằm loại bớt các lượng chất hữu cơ trong nước thải, người ta còn sử dụng một số loài tảo, bèo và vi sinh vật khác. Cơ sở khoa học của giải pháp này là một loại tảo và vi sinh vật có khả năng tích lũy các kim loại có nồng độ cao như: Fe, Cu, Zn, Mo, và cùng có thể tích lũy những chất khác. Xử lí nước thải bằng tảo nhỏ: Theo Lalierte và cộng sự (1994), việc dùng tảo nhỏ để xử lí nước thải có những ưu thế riêng biệt. Nước thải từ hệ thống xử lí thứ cấp, tuy có hàm lượng BOD và COD thấp, nhưng hàm lượng các chất vô cơ (NH4+, 3- - PO4 , NO3 , ) còn rất cao. Tảo nhỏ sẽ hấp thu chất này, đồng thời tạo ra lượng oxygen cần thiết hỗ trợ đắc lực cho quá trình oxyhóa sinh học của vi khuẩn. Nuôi trồng tảo nhỏ trong môi trường nước thải chính là tận dụng ưu điểm của chúng về khả năng biến đổi có hiệu quả các chất dinh dưỡng trong nước thải thành nguồn protein cao cấp. Ý đồ này được thực nghiệm chứng minh ở nhiều nơi trên thế giới. Các nhà khoa học Canada và Anh đã nuôi tảo Spirulina maxima trong nước thải của xí nghiệp xử lí nước thải sinh hoạt. Nước phân gia súc được các nhà khoa học Israel và Bungarie
17. 180 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung dùng để nuôi tảo nhỏ khá tốt. Ở Việt Nam, việc thử nghiệm nuôi trồng Spirulina platensis bằng nước thải hầm biogas không chỉ là biện pháp mở rộng sản xuất và hạ giá thành sản phẩm mà còn giải quyết một khâu quan trọng trong xử lí nước thải làm lành mạnh môi trường sinh thái ở nông thôn. Xử lí nước thải bằng thực vật thủy sinh: Cơ sở khoa học của việc dùng thực vật thủy sinh trong xử lí nước thải là khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng có trong nước thải của chính các loại thực vật này. Mặt khác, quan trọng hơn đó là khả năng phân giải và đồng hóa các chất bẩn trong nước thải của vi sinh vật sống bám trên thực vật thủy sinh. Thực vật thủy sinh như là một giá thể thích hợp cho vi sinh vật để chúng tiến hành phân giải các hợp chất hữu cơ trong nước. Thân và rễ của thực vật thủy sinh là giá thể cho nhiều loài vi sinh vật phát triễn. Hơn nữa, sự có mặt của thủy sinh vật trong các hồ ổn định sinh học đã hạn chế và kiểm soát sự phát triển của các loài tảo do làm giảm khả năng xuyên thấu của ánh sáng và cạnh tranh về dinh dưỡng. Ví dụ: công trình thí nghiệm sử dụng bèo sen (Eichhornia crassipes) làm sach môi trường nước thải sinh hoạt tại hói Phú An và Phú Thượng, huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên - Huế (2002). Hiệu quả xử lí các chất ô nhiễm của bèo sen tại các thời điểm nuôi Các Hiệu quả loại bỏ chất bẩn Hiệu quả loại bỏ chất bẩn sau thông số sau 10 ngày (%) 15 ngày (%) Phú An Phú Thượng Phú An Phú Thượng - NO3 64.16 64.08 70.63 72.02 3- PO4 79.49 78.38 84.95 82.13 + NH4 56.14 66.94 64.39 73.24 COD 55.74 56.67 71.52 63.78 BOD5 55 55.6 65 63.9 Coliform 80.83 86.36 90 87.27 Đối với thí nghiệm này, các tác giả Trương Văn Lung, Hoàng Thị Tuyết Ngọc đã tiến hành thí nghiệm với nhiều khay mẫu có các độ sâu khác nhau: 25cm, 35cm, 45cm. Ở bảng trên, chúng tôi chỉ trích số liệu điển hình đối với khay mẫu ở độ sâu 35cm. *Phương pháp tự nhiên xử lí nước thải Với những loại nước thải có nồng độ chất nhiễm bẩn không cao, không chứa nhiều chất độc hại cho con người thì thường dùng phương pháp xử lí tự nhiên.
18. 181 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Nước từ nhà máy, khu dân cư cho chảy thấm qua lớp đất dày khoảng 2 m, hay chảy qua lớp đất xốp, cát Nước thải đi qua các lớp đó nhờ hệ vi sinh vật có sẵn ở đây, các chất bẩn sẽ được phân hủy làm cho nước trở nên sạch hơn. Đây là quá trình tự làm sạch nên dễ làm, ít tốn kém, có thể xử lí nước thải trên qui mô lớn. Nước sau khi xử lí có thể dùng trong nông nghiệp, dẫn ra ao, hồ, sông để hòa vào nguồn nước chung của tự nhiên. Một số công trình nghiên cứu, ứng dụng CNSH 1. Chương trình biogas của Trung Quốc đã cải tiến việc sản xuất và tiêu dùng năng lượng cho gia đình mà còn ngăn cản việc gây ô nhiễm. Chất thải của quá trình làm biogas được dùng làm phân bón, trồng nấm, làm thức ăn cho cá, góp phần làm sạch sản phẩm phụ và loại bỏ các phế phẩm. Protein đơn bào (SPC - single cell protein), dùng cơ chất là hydrate carbon, rỉ đường, bã thải của nhà máy bột giấy để nuôi cấy sống các nấm men Sacchromyces, Candida, Mycoprotein, các loại tảo đơn bào Chlorella, Scenedesmus, Spirulina Các nước đã tiến hành là Thụy Sĩ (Công ti Envirocom Lid, Vancower), Phần Lan (G. A. Serlacchus), Cuba. 2. Kĩ thuật nuôi tảo trên nước thải đã phát triển rõ và có những cải tiến quan trọng, làm cho nước trong và sản sinh một lượng sinh khối giàu protein và nguyên tố vi lượng. Một vài loài tảo thuộc chi Pseudomonas có những enzyme oxyhóa- khử hay hydroxyl hóa phân hủy được một số lớn phân tử hydrocarbon hoặc các hợp chất thơm rất độc (benzyl, toluen, xylen ). Năm 1979, Chakrabarky ở Đại học Illinois chọn được một chủng vi khuẩn có khả năng phát triển mau chóng trên dầu thô. Sau mười tháng nuôi cấy, tỉ lệ tăng trưởng của chúng tăng lên đáng kể và 2,4,5T (2,4,5 acid trichlorophenolacetic) được tiêu đi trong vòng vài ngày thậm chí ở cả nồng độ rất cao. Kĩ thuật tái tổ hợp DNA thường cung cấp khả năng tạo ra những chủng vi khuẩn có thể phá hủy và hấp thu một số lớn các chất do công nghiệp hóa chất sản xuất ra thường thường không phân giải được bằng con đường sinh học, ví dụ ở Nhật Bản, Furukuwa và cộng sự tách được một chủng xạ khuẩn Nocardia có thể phân hủy cao su chỉ trong một tuần. • Chất thải rắn Xử lí rác thải bằng giun Giun đùn lỗ và thải ra các chất hữu cơ làm đất tơi xốp. Các nhà khoa học Việt Nam đã thử nghiệm thành công phương pháp nuôi giun bằng rác thải, nhằm giải quyết nạn ô nhiễm môi trường do rác gây ra, đồng thời
19. 182 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung cung cấp thức ăn cho gia súc. Loài giun này được nhập từ Philippines, có ưu điểm là dễ nuôi, sinh sản nhanh, thích nghi tốt với khí hậu nước ta. Huỳnh Thị Kim Hối, thuộc viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, đã nghiên cứu kinh nghiệm dân gian, kết hợp với các kiến thức khoa học hiện đại để cho ra đời một qui trình xử lí rác thải nhờ giun đất Phillipines. Loài giun này có tên khoa học là Perionyx excavalus, có thể tiêu hóa chất thải rất tốt. Theo tính toán, để phân hủy 1 tấn rác hữu cơ trong một năm, nguời ta cần khoảng 1.000 con giun giống và các thế hệ con cháu của chúng. Hiện tại, đề tài nghiên cứu đã được ứng dụng cho việc xử lí rác thải ở các thành phố lớn. Trên thực tế, việc nuôi giun đất để xử lí ô nhiễm môi trường đã được nhân dân ta áp dụng từ lâu. Kinh nghiệm này đã được phổ biến rộng rãi nhất ở Hà Đông. Nhân dân ở đây thường làm chuồng gà phía trên và nuôi giun đất phía dưới, vì phân do gà thải ra là nguồn thức ăn tốt cho giun đất. Mặt khác nhờ giun đùn đất, tiêu hóa và thải ra chất hữu cơ, mà sau một thời gian, đất ở phía dưới chuồng gà sẽ tơi xốp, rất tốt cho cây trồng. Khi đó, người ta lại chuyển chuồng gà ra chỗ khác, cứ như vậy Chu trình khép kín này khiến cho việc nuôi gia cầm không gây ô nhiễm môi trường. Khử mùi rác bằng chế phẩm sinh học Một lít chế phẩm sinh học Odor removal (Uyama enzyme) của Công ti TNHH Thái Dương (Long An) có thể xử lí 20 tấn rác. Loại chế phẩm có khả năng khử mùi hôi của rác hơn 60% trong ngày đầu tiên và giảm dần đến hơn 80% trong các ngày tiếp theo. Mùi hôi thối trong nước rỉ rác cũng giảm hơn 80% và không tái nhiễm, mật độ ruồi giảm hơn 90%. Đây là bản đánh giá kết quả khảo nghiệm của hai trường đại học Khoa học Tự nhiên và Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh về ứng dụng chế phẩm này tại các trạm trung chuyển rác, bãi rác và nước rỉ rác. Bao gói tự phân hủy sinh học (kết hợp phương pháp hóa học và sinh học) Lê Trung Sơn và Trịnh Lê Hùng, giảng viên khoa Hóa, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đã chế tạo thành công bao gói tự phân hủy sinh học. Bao gói được làm từ hỗn hợp tinh bột (bột đao và bột sắn) trộn với các dung dịch protein và các chất dẻo hóa, chất phụ gia tạo thành hỗn hợp blend. Trải hỗn hợp này lên bề mặt rồi gia nhiệt, vật liệu được tạo ra sau khi sấy là một màng mỏng có độ dày từ 0,15 - 0,35 mm.
20. 183 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Màng vật liệu này được dùng chế tạo các chậu, túi trồng cây tự phân hủy, cốc uống nước, giấy gói kẹo, đĩa thức ăn dùng một lần Vật liệu này có giá từ 1.000 - 1.200 đồng/m2. Các kết quả thử nghiệm cho thấy vật liệu phân rã trong nước sau vài ngày, trong đất sau vài tuần. Những sản phẩm làm từ vật liệu này sẽ hạn chế ô nhiễm môi trường. Công nghệ vi sinh trong sản xuất chế phẩm sinh học BZT  Giải thích về vi khuẩn: Quá trình ổn định vi khuẩn làm việc như thế nào? Vi khuẩn sinh sản bởi một quá trình gọi là nhân đôi tế bào mới sinh ra bằng cách chia đôi từ tế bào mẹ. Một số có thể sinh sản rất nhanh ở những điều kiện thích hợp. Nếu có thực phẩm, độ ẩm thích hợp ở đúng nhiệt vi sinh có thể bắt đầu sinh sản trong vòng chưa đến hai mươi phút, chỉ trong tám giờ một tế bào ban đầu có thể nhân lên thành 17 triệu vi khuẩn mới. Vi khuẩn chọn lọc, được nuôi cấy trong một môi chất. Dưới sự giám sát, vi khuẩn sau khi thanh lọc được chuyển qua một bồn lên men sinh học 250 lít sinh trưởng trong vòng 20 giờ. Sau khi kiểm tra chất lượng về độ thuần khiết, vi khuẩn được đưa sang bồn lên men kín vô trùng có dung tích 5.000 lít để bắt đầu giai đoạn sản xuất. Dưới điều kiện pH thích hợp, dung dịch đường vô trùng và oxygen được đưa vào để nuôi vi khuẩn. Trong suốt quá trình này, sản phẩm được lấy mẫu để theo dõi sự vô trùng và các thông số tăng trưởng. Trong vòng 24 giờ, sẽ thu hoạch vi khuẩn và cô đặc bằng một máy li tâm cực nhẹ. Vi khuẩn cô đặc được bọc lại bằng chất keo β-glucan bởi một qui trình đã được cấp bằng sáng chế. Qui trình này giúp vi khuẩn chống lại độ ẩm để duy trì sự sống trong thời gian bảo quản hoặc trộn với chất mang. Sau đó sản phẩm được làm lạnh nhanh trong hệ thống lạnh lỏng trước khi đưa vào sấy ở nhiệt độ ở -400C trong hệ thống phòng lạnh lớn. Qui trình sấy lạnh hai bước này, trong điều kiện độ ẩm dưới 5%, bảo đảm tỉ lệ sống sót của vi khuẩn cao và sẵn sàng cho giai đoạn cuốí là kiểm tra để đảm bảo các dòng vi khuẩn không nhiễm khuẩn Salmonella.  Chuyển đổi BOD và oxygen BOD (nhu cầu oxygen sinh học – sự oxyhóa sinh học) là khối lượng oxygen hòa tan được tiêu thụ bởi các vi khuẩn trong quá trình oxyhóa các chất hữu cơ và vô cơ. Thí nghiệm BOD được xây dựng nhằm ngăn ngừa hậu quả của nước thải tới nguồn nước và xác định khả năng tiêu hóa các chất hữu cơ của chúng.
21. 184 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung Sự chuyển đổi oxygen lớn trong nước là một vấn đề phức tạp và có nhiều nhà khoa học đã bỏ ra cả cuộc đời để nghiên cứu. Việc cho rằng oxygen chuyển đổi bằng những bọt khí lớn chỉ đúng trong một vài trường hợp chủ yếu trong việc lên men khi mà protein bao phủ bề mặt bọt khí. Đó chính là nguyên nhân tại sao phải sử dụng máy đạp khí và bơm khí trong quá trình lên men. Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất phân bón hữu cơ sinh học Sử dụng những chủng vi sinh vật có tuyển chọn định hướng để sản xuất phân hữu cơ vi sinh vừa làm rút ngắn thời gian chuyển hóa chất hữu cơ sang dạng mùn lại vừa nâng cao chất lượng và hiệu quả phân bón. Ủ rác với chế phẩm Micromix 3 đã rút ngắn 14 ngày so với ủ rác thông thường, chất lượng mùn trong sản phẩm tăng. Tiếp theo bổ sung các chế phẩm giống vi sinh vật hữu ích cho cây trồng để tạo nên chế phẩm phân hữu cơ- vi sinh chứa 106 CFU/g từng loại vi sinh vật hữu ích cho cây trồng (cố định N2, phân giải phosphate, sinh chất kích thích sinh trưởng). Loại phân bón này có tác dụng tăng năng suất cây trồng, giảm lượng phân bón hóa học, tiết kiệm đầu tư sản xuất và giảm ô nhiễm môi trường đất, nước và thực phẩm Seraphin - Công nghệ xử lí rác thải sinh hoạt tại Việt Nam Rác thải sinh hoạt tại Việt Nam, nhất là tại các thành phố lớn chủ yếu được xử lí thô sơ bằng cách vùi tại các bãi chôn lấp, có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và nguồn nước ngầm. Căn cứ vào thực tế đó, tập thể các nhà khoa học thuộc công ti cổ phần Công nghệ Môi trường xanh đã tự nghiên cứu và phát triển thành công công nghệ xử lí rác mang tên Seraphin, phù hợp với đặc điểm rác thải Việt Nam là không được phân loại từ đầu nguồn. Công nghệ Seraphin đã được nghiên cứu trong 5 năm và được ứng dụng cách đây 18 tháng dưới dạng nhà máy xử lí rác thí điểm ở Ninh Thuận với công suất 150 tấn/ngày. Chi phí xây dựng là 20 tỉ đồng. Có thể tóm tắt quá trình xử lí rác thải như sau: Ban đầu rác từ khu dân cư được đưa tới nhà máy và đổ xuống nhà tập kết nơi có hệ thống phun vi sinh khử mùi cũng như ozone diệt vi sinh vật độc hại. Tiếp đến, băng tải sẽ chuyển rác tới máy xé bông để phá vỡ mọi loại bao gói. Rác tiếp tục đi qua hệ thống tuyển từ (hút sắt thép và các kim loại khác) rồi lọt xuống sàng lồng. Sàng lồng có nhiệm vụ tách chất thải mềm, dễ phân hủy, chuyển rác vô cơ (kể cả bao nhựa) tới máy vò và rác hữu cơ tới máy cắt. Trong quá trình vận chuyển này, một chủng vi sinh ASC đặc biệt, được phun vào rác hữu cơ nhằm khử mùi hôi, làm chúng phân hủy nhanh và diệt một số
22. 185 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung tác nhân độc hại. Sau đó, rác hữu cơ được đưa vào buồng ủ trong thời gian 7-10 ngày. Buồng ủ có chứa một chủng vi sinh khác làm rác phân hủy nhanh cũng như tiếp tục khử vi khuẩn. Rác biến thành phân khi được đưa ra khỏi nhà ủ, tới hệ thống nghiền và sàng. Phần trên sàng được bổ sung một chủng vi sinh đặc biệt nhằm cải tạo đất và bón cho nhiều loại cây trồng, thay thế trên 50% phân hóa học. Phần dưới sàng tiếp tục được đưa vào nhà ủ trong thời gian 7-10 ngày. Do lượng rác vô cơ khá lớn nên các nhà khoa học tại công ti tiếp tục phát triển hệ thống xử lí phế thải trơ và dẻo, tạo ra một dây chuyền xử lí rác khép kín. Phế thải trơ và dẻo đi qua hệ thống sấy khô và tách lọc bụi tro gạch. Sản phẩm thu được ở giai đoạn này là phế thải dẻo sạch. Chúng tiếp tục đi qua tổ hợp băm cắt, phối trộn, sơ chế, gia nhiệt bảo tồn rồi qua hệ thống thiết bị định hình áp lực cao. Thành phẩm cuối cùng là ống cống panel, cọc gia cố nền móng, ván sàn, cốp pha, gạch bloc Cứ 1 tấn rác đưa vào nhà máy, thành phẩm sẽ là 300-350 kg seraphin (chất thải vô cơ không hủy được) và 250 - 300kg phân vi sinh. Loại phân này hiện đã được bán trên thị trường với giá 500 đồng/kg. Hiện công ti đang làm chủ đầu tư xây dựng nhà máy xử lí rác Thủy Phương tại thành phố Huế với công xuất 150 tấn/ngày, chi phí xây dựng 30 tỉ đồng. Theo dự kiến, nhà máy sẽ đi vào vận hành trong tháng 11/2005. Một nhà máy khác mang tên Đông Vinh tại thành phố Vinh với công suất xử lí 200 tấn/ngày cũng sẽ được hoàn tất vào tháng 12/2005 với chi phí xây dựng khoảng 45 tỉ. Chi phí xây dựng một nhà máy xử lí rác sinh hoạt sử dụng công nghệ seraphin rẻ hơn nhiều so với các giải pháp xử lí rác nhập ngoại. Như vậy, qua các công đoạn tách lọc - tái chế, công nghệ seraphin làm cho rác thải sinh hoạt được chế biến gần 100% trở thành phân bón hữu cơ vi sinh, vật liệu xây dựng, vật liệu sản xuất đồ dân dụng, vật liệu cho công nghiệp. Các sản phẩm này đã được cơ quan chức năng, trong đó có Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng kiểm định và đánh giá là hoàn toàn đảm bảo về mặt vệ sinh và thân thiện môi trường. Với công nghệ seraphin, Việt Nam có thể xóa bỏ khoảng 52 bãi rác lớn, thu hồi đất bãi rác để sử dụng cho các mục đích xã hội tốt đẹp hơn. Tuy nhiên, để tạo điều kiện dễ dàng hơn trong khâu xử lí rác thải sinh hoạt, công ti Vệ sinh Môi trường Đô thị tại các tỉnh, thành phố cần vận động, hướng dẫn người dân phân loại rác sinh hoạt ngay từ đầu - điều mà các nước phát triển đã làm từ hàng chục năm qua. Tận dụng khí sinh vật từ phân gia súc và chất thải nông nghiệp Công ti Farmatic Biotech Energy, Đức xây dựng xong nhà máy phân hủy kị khí qui mô lớn đầu tiên ở thị trấn Holsworthy thuộc vùng Bevon, Anh. Đây là một dự án do công ti Farmatic, cộng đồng địa phương
23. 186 CNSH với việc bảo vệ môi trường Trương Văn Lung và các nông dân ở đây hùn vốn xây dựng. Nhà máy được xây dựng từ tháng 2/2001 và theo kế hoạch, nhà máy được đưa vào sản xuất với công suất đầy đủ vào tháng 6/2002. Nhà máy khí sinh vật Holsworthy có công suất xử lí cao nhất là 146.000 tấn phân trâu bò, gia cầm, kể cả chất thải lương thực hữu cơ. Phân gia súc được thu gom từ 25-30 trang trại địa phương, cách nhà máy 10 dặm. Chất thải lương thực sau khi chế biến được thu gom từ các cơ sở chế biến lương thực vùng Tây Nam. Jorgen Fink, Giám đốc điều hành của công ti Farmatic tin rằng, Anh có tiềm năng xây dựng ít nhất 100 nhà máy. Các nhà mày này có thể đồng phân hủy phân gia súc với chất thải lương thực (như Holsworthy) hoặc có thể chỉ phân hủy chất thải lương thực và sinh hoạt. • Chất thải lỏng Enretech-1 có 2 công dụng là chất thấm dầu và đồng thời phân hủy sinh học dầu. Sản phẩm có chứa các loại vi sinh tồn tại sẵn có trong tự nhiên, không bị cải biến về gene. Khi có nguồn thức ăn là các hydrocarbon và độ ẩm thích hợp, các vi sinh này sẽ phát triển nhanh chóng về lượng và "ăn" dầu, chuyển hóa các chất độc hại thành vô hại. Vi sinh chỉ tồn tại và phát triển trong xơ bông của Enretech-1, không thể nuôi cấy phát triển ở môi trường ngoài "chủ" của chúng. Sản phẩm được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tận dụng lại trong công nghiệp chế biến bông. Đặc tính * Hấp thụ nhanh các hợp chất hydrocarbon ở mọi dạng nguyên, nhũ tương từng phần hay bị phân tán. Khả năng hấp thụ gấp 2-6 lần trọng lượng bản thân. * Cô lập các chất lỏng mà nó hấp thụ, không nhả lại môi trường, do đó không phát sinh nguồn ô nhiễm thứ hai. * Phân hủy hydrocarbon bằng vi sinh tự nhiên có sẵn trong các xơ bông của Enretech-1. * Không độc hại đối với sức khỏe con người, động thực vật và môi trường. * Hỗn hợp Enretech-1 & dầu bị hấp thụ là chất thải thông thường, có thể chôn lấp như chất thải không nguy hại do đạt các tiêu chuẩn an toàn của bộ Môi trường Mĩ (USA EPA TCLP 1311, 9095A & 9096). * Đơn giản và an toàn khi sử dụng, không cần chuyên gia hay huấn luyện đặc biệt. Phạm vi sử dụng: Enretech-1 được sử dụng cho ứng cứu khẩn cấp các sự cố tràn dầu trên đất, xử lí tại chỗ đất cát bị nhiễm dầu.