Bài giảng Công nghệ sinh học môi trường

NG Đường thoát nước Lớp vật liệu đá, sỏi hoặc xây xi măng Hệ thống tưới Lớp cát Lớp đất ô nhiễm XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vật liệu rắn tăng thoáng khí Lớp chống thấm dưới đáy Đường thoát nước, dịch xử lý Mái che chống mưa Lớp đất ô nhiễm chứa dinh dưỡng, vi sinh công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất có che mái CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Đường thoát nước Hệ thống tưới Đất ô nhiễm Hệ thống xử lý khí (chất ô nhiễm bay hơi) Mái che chống thoát khí XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật trải đất có che mái+ hệ thống xử lý khí công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG storage tank liquid pump activated charcoal drums stack blower HD PE liner clean soil base knockout tank brass or PVC valve (to header) lớp nhựa PE monitoring point sample line valve pea gravel mound FRONT VIEW SIDE VIEW Đất ô nhiễm ống nhựa, đục lỗ cấp khí smooth PVC NOT TO SCALE Nhìn mặt trước Nhìn mặt sau Đường cấp khí ống nhựa, cấp khí Đất ô nhiễm Bao phủ bằng lớp nhựa PE Lấy mẫu lớp nhựa PE Bao phủ bằng lớp nhựa PE XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật đống ủ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật đống ủ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Giếng mở - khí vào Puits d’extraction Séparateur d’eau Ventilateur Traitement des gaz Eau Giếng hút - khí vào Tách nước Tách khí Xử lý khí Nước tách Đất ô nhiễm Đất không ô nhiễm XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT : Kỹ thuật cấp khí (Bioventing) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SINH (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý tại vị trí ô nhiễm (in- situ) Theo dõi làm sạch tự nhiên (Bio-attenuation) Thổi khí (Biosparging) Be bờ nhặn dòng (Biobarriers) Bơm hút và xử lý (Pum and treat) Xử lý bên ngoài vị trí ô nhiễm (ex- situ) Mỗi kỹ thuật được sử dụng một trong 3 công nghệ: Biostimualation, Bioaugmentation) hoặc Bio-attenuation XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC: CÁC KỸ THUẬT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nước ngầm: ô nhiễm dạng LNAPL (Light non- aqueous phase liquid) LNAPL CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất ô nhiễm dạng LNAPL (Light non-aqueous phase liquid) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nước ngầm: ô nhiễm dạng DNAPL (Dense non-aqueous phase liquid) Hòa tan trong nước Lắng cặn Chất ô nhiễm Lớp sét Bay hơiHướng chảy cùa nước ngầm Lớp đá DNAPL CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất ô nhiễm dạng DNAPL (Dense non-aqueous phase liquid) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Đường biên vùng ô nhiễm Giếng quan trắc Điểm láy mẫu đất Hướng vùng ô nhiễm lan truyền Giếng quan trắc di động theo vùng biên lan tỏa Vùng ô nhiễm nặng nhất Giếng quan trắc di động theo trục giữa vùng lan tỏa Giếng quan trắc ô nhiễm bắt đầu (gốc) Nồng độ giảm dần của chất ô nhiễm hòa tan XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật theo dõi quá trình tự làm sạch (Natural attenuation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Tìm hiểu các quá trình xảy ra trước khi quyết định kỹ thuật sử dụng tiếp theo Phân hủy sinh học Bay hơiPhân tán, hòa tan Hấp thụ/ hấp phụ Phân hủy hóa học Natural Attenuation XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật theo dõi quá trình tự làm sạch (Natural attenuation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Giếng bơm lên Giếng cấp lại Bể xử lý Nguồn thải Mực nước ngầmHướng nước chảy Hơi thoát Kiểm tra chất lượng khíỐng dẫn nước sạch quay vòng XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật theo bơm lên rồi xử lý (Pump-treat) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật bơm lên rồi xử lý (Pump-treat) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vùng ô nhiễm Vi sinh vật Vùng nước bão hòa chất ô nhiễm Vùng nước chưa bão hòa chất ô nhiễm G iế ng b ơ m é p Giếng bơm hút XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật thổi khí (Biosparging) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Giới hạn vùng xử lý Giếng bơm ép Giếng bơm hút Bể trộn dinh dưỡng Bơm đẩy Mực nước Đưa thêm dinh dưỡng XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật bơm dinh dưỡng (Bioenhancement) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật be bờ (Biobarrier) Chất ô nhiễm lan toả Tao bờ chặn chất ô nhiễm- cho hoá chất, chất dinh dưỡng hay vi sinh Đào hào sâu Nước chứa CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Kỹ thuật be bờ (Biobarrier) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ORC =Chất nhả ôxy MgO2 + H2O ® ½O2 + Mg(OH)2 HRC =Chất nhả hydro Polylactate + H2O ® lactate ® H2 + acetate Oxi hóa: BTEX alcohols ketones MTBE vinyl chloride Khử: PCE, TCE, nitrate chromium Perchlorate Thuốc nổ XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Dùng chất nhả oxy, hydro CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Bột Trộn Dạng nhão XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Dùng chất nhả oxy, hydro CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Bơm ép chất nhả ôxy CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: Bơm ép chất nhả hydro CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vùng xử lý Ex-situ Xử lý Natural annuation Vùng ô nhiễm cần xử lý In-situ Vùng chặn lan tỏa Vi sinh vật phía trên lớp nước Bơm ORC Bơm dinh dưỡng Bơm HRC XỬ LÝ Ô NHIỄM NƯỚC NGẦM: phối hợp các kỹ thuật CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Những yếu tố ảnh hưởng Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (BIOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1. Khả năng biến đổi chất ô nhiễm của vi sinh vật: chủng loại, số lượng, hoạt tính... 2. « Bioavailability »: chất ô nhiễm ở dạng có khả năng được vi sinh vật tiếp nhận và biến đổi 3. Yếu tố hóa –lý môi trường ảnh hưởng đến khả năng biến đổi chất ô nhiễm bằng vi sinh vật pH Nhiệt độ Độ ẩm Độ muối Chất nhận điện tử Dinh dưỡng Ôxy Độc tính 4. Kỹ thuật xử lý sẽ được ứng dụng NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG pH “Acidophiles” ưa pH 1 – 5 có, thường được dùng để: -Thu hồi kim loại năng từ nước thải hầm mỏ - Giảm lưu hùynh (S) trong than đá. -Một vài loài có thể có thể sử dụng axít hữu cơ, dung môi “Alkaliphiles” ưa pH 9 – 12, thường dùng để: -Làm sạch fim X-quang -công nghiệp thực phẩm, dược -Xử lý nướcthải -Xử lý ô nhiễm dầu.. Neutrophiles Acidophiles Extreme acidophiles alkalophiles Extreme alkalophiles 14 0 7 “Neu trophiles” ưa pH 5.5–8, nhóm chiếm đa số trong sinh thái PHÂN NHÓM VI SINH VẬT THEO pH THÍCH NGHI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Nhiệt độ tốc độ tối ưu tốc độ tăng tuyến tính Protein bị biến tính, tế bào bị phá hủy, thủy phân tế bào chất Tố c độ s in h tr ư ở ng Tế bào đông đặc, phản ứng sinh hóa diễn ra cưc kỳ chậm, VSV không sinh trưởng Chịu đựng tối đa NHIỆT ĐỘ & SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG PHÂN NHÓM VI SINH VẬT THEO NHIỆT ĐỘ THÍCH NGHI Psyrophiles Mesophiles Thermophiles Hyper thermophiles Extreme thermophiles 4O 39O 60O 88O 106O CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ưa muối Chịu muối Ưa nồng độ muối cao Hoàn toàn không ưa muối PHÂN NHÓM VI SINH VẬT THEO ĐỘ MUỐI (NaCL) THÍCH NGHI CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vi sinh vật aw Pseudomonas fluorescens 0.96 Salmonella newport 0.95 Staphylococcus aureus 0.86 Aspergillus amstelodami 0.70 KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA VI SINH VẬT aw: là hoạt tính nước của của môi trường Aw = áp suất hơi của dung dịch/đất áp suất hơi của nước tinh khiết “Xerophile” là nhưngx vi sinh vật có khả năng chịu hạn rất cao CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Vi sinh bị cố định Chất ô nhiễm bị hấp phụ « Bioavailability » : dạng tồn tại của chất ô nhiễm để vi sinh vật có thể tiếp cận, tiếp nhận và biến đổi « BIOAVAILABILITY » CỦA CHẤT Ô NHIỄM Chất ô nhiễm tiếp cận vi sinh vật như thế nào? CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG PORE WATER ORGANIC MATTER QUARTZ BACTERIA CLAY CELL WALL High Low C on ce nt ra tio n OM « BIOAVAILABILITY » PHỤ THUỘC TÍNH KỊ NƯỚC CỦA CÁC DẠNG VẬT CHẤT ĐẤT Chất hữu cơ (OM) Đất sét Vi sinh vật Chất ô nhiễm dẽ dàng liên kết với các dạng chất chất hữu cơ Kị nước cao CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Absorption of nonpolar chemicals to organic matter 1 2 3 4 5 llllllllllllll llllll l l ll llll llllll llllo g K o m various soils or sediments tested « BIOAVAILABILITY » PHỤ THUỘC KHẢ NĂNG BỊ HẤP PHỤ CỦA CHẤT Ô NHIỄM trong bùn và đất Nhiều loại mẫu bùn và đất PAHs Diclorophenyl CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG « BIOAVAILABILITY » PHỤ THUỘC « TUỔI » CỦA CHẤT Ô NHIỄM NGOÀI MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm vừa xảy ra Chất ô nhiễm Hạt đất Ô nhiễm sau một thời gian CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Attachment to substrate Biosurfactants Specific affinity Sp ec . a ct iv ity concentration Tăng cường Bioavailabilility bằng chất hoạt động bề mặt sinh học (biosurfactant) Chất ô nhiễm bị bao chặt trong đất Chất ô nhiễm bị nhũ hóa Giảm ái lực với đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Biofilm formation Transport Initial adhesion Polymer synthesis Bacteria-surface interactions Tương tác vi sinh vật & bề mặt hạt đất Bề mặt hạt đất Tạo màng vi sinh Vi s nh tiếp xúc Tổng hợp chất keo Vi sinh bơi tới CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Bacterial behavior in porous media Adhesion Clogging Cell division Release Desorption Khả năng chuyển động của vi sinh vật trong khe rỗng Liên kết Rời ra Tế bào phân chia Tế bàotiếp xúc với bề mặt CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chuyển động của vi sinh vật trong môi trường Chuyển động nhanh • Vi khuẩn ưa nước • Có bề mặt mang điện tích lớn • Kích thước tế bào nhỏ • Đất lẩn nhiều cát • Đất có pH kiềm • Môi trường có nồng độ ion thấp • Độ ẩm cao, bão hòa nước Chuyển động chậm •Vi khuẩn kị nước • Có bề mặt mang điện tích nhỏ •Kích thước tế bào lớn •Đất lẩn nhiều sét •Đất có pH axit •Môi trường có nồng độ ion cao •Độ ẩm thấp CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý ô nhiễm đất bằng thực vật (PHYTOREMEDIATION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NỘI DUNG n Ô nhiễm đất- rủi ro sinh thái n Ô nhiễm kim loại nặng: nguyên lý, cơ chế n Chất ô nhiễm hữu cơ: nguyên lý, cơ chế n Kỹ thuật trồng cây:ứng dụng, ưu - nhược điểm, điều kiện thành công XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẤT ô nhiễm Không khí CON NGƯỜI Rủi ro!!! Nước ngầm Thực vật Động vật Thực vật Ô nhiễm đất: rủi ro sinh thái CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm Kim loại nặng XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Các dạng kim loại trong đất Trong dịch đất Hấp phụ yếu trong đất Hợp chất với carbonát Hợp chất với oxít Fe, oxít Mn Hợp chất với chất hữu cơ Hợp chất với sulphít Trong cấu trúc khoáng vật Dạng phức với ion vô cơ Dạng phức /chalat với hợp chất cơ Dạng ion tự do Tổng CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Cơ chế Kim loại nặng tích lũy trong trong tế bào thực vật Các loại chất tạo phức với chất ô nhiễm: nGSH: glutathione nMT: metallothioneins nNA: nicotianamine nOA: organic acids nPC: phytochelatins Không bào Thành tế bào Dịch bào Hấp thụ OANA GSH GSH GSH OA OA NA CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Kim loại nặng chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác Vận chuyển lên trên Rễ hấp thu Tích tụ trong rễ Thu hoạch Cố định trở lại trong đất Giải hấp từ đất XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Các loài thực vật siêu hấp thu kim loại mg/g trọng lương khô Tấn/ha/năm CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ô nhiễm chất hữu cơ XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Dạng của chất ô nhiễm hữu cơ trong đất Dạng hấp thu Dạng màng bao Dạng hấp phụ Dạng hạt lỏng giữa hạt đất Dạng hạt Dạng hạt liên kết với chất rắn khác CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Log Kow: thước đo độ kị nước của chất hữu cơ (tỉ số giữa hàm lượng phân bố chất hữu cơ trong pha octanol đối với pha nước Hợp chất hữu cơ có khả năng xử lý bằng thực vật Log Kow Cơ chế <1.0 Có khả năng hấp thụ và chuyển dạng 1.0 -3.5 Có khả năng hấp thụ, chuyển dạng, bay hơi > 3.5 Chỉ có khả năng lưu trong đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Khả năng di động của chất hữu cơ trong thực vật Không di động Chỉ di động trong mạch gỗ Di động trong mạch gỗ và mạch libe Di động tối ưu trong mạch libe CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Các quá trình chính xảy ra với chất ô nhiễm hữu cơ trong đất 3. Thuỷ phân hoá học3. Hấp thu/giải hấp 4. Quang phân huỷ4. Hấp thu bởi thực vật 2. Chuyển hoá trong thực vật2. Ngấm xuống đất 1. Phân huỷ bởi vi khuẩn1. Bay hơi Các quá trình biến đổiCác quá trình vận chuyển (không biến đổi) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Cơ chế chất hữu cơ biến đổi trong trong tế bào thực vật Các loại chất tạo phức với chất ô nhiễm: nGSH: Glutathione nGlu:Glucose Không bào Thành tế bào Dịch bàoHấp thụ GSH Glu GSH Glu Glu GSHEnzim phân hủy Glu CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Cấu trúc tương tự giữa: chất bài tiết từ rễ, chất tương tác giữa cây và loài sinh vật khác (allelochemicals) và chất ô nhiễm Chất ô nhiễmChất bài tiết từ rễ allelochemicals CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Lớp cutin Lớp biểu bì trên Tế bào thịt lá Bó mạch Mạch gỗ Mạch libe Tế bào thịt lá Lớp biểu bì dưới Tế bào kèmKhí khổng Lá cây được cấu tạo cho quan tổng hợp, trao đổi khí, giảm mất nước, vận chuyển nước và chất đường CẤU TẠO LÁ CÂY CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CẤU TẠO MẠCH GỖ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CẤU TẠO RỄ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1. Từ không khí vào lá cây (dạng khí – dạng hạt) 2. Bay hơi từ đất và đi vào lá cây 3. Các hạt đất dính vào thân và lá cây (bắn lên do nước mưa) 4. Hấp thu cân bằng giữa các hạt đất và dịch đất 5. Vận chuyển từ đất vào rễ cây 6. Vận chuyển trong hệ thống mạch 7. Vận chuyển từ chồi sang quả thông qua dịch libe 2 3 4 6 7 1 5 XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG VẬN CHUYỂN QUA LÁ CÂY • Bám trên bề mặt lớp cutin • Hoà tan các chất ô nhiễm dạng khí thông qua khí khổng • Vận chuyển qua tế bào vào mạch gỗ CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Con đường bên ngoài tế bào Con đường xuyên bào Lông hút Biểu bì Vỏ Biểu bì trong Lõi Khung caspary Mạch gỗ Khung caspary Biểu bì trong Con đường bên ngoài tế bào VẬN CHUYỂN QUA RỄ VÀO MẠCH GỖ Con đường xuyên bào CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Công nghệ xử lý XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Công nghệ xử lý 1. Chuyển dạng (Phyto-transformation) 2. Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere Bioremediation) 3. Cố định (Phyto-stabilization) 4. Chiết (Phyto-extraction) 5. Lọc bằng rễ (Rhizo-filtration) 6. Bay hơi (Phyto-volatilization) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN DẠNG CHẤT Ô NHIỄM (PHYTO-TRANSFORMATION) •Xử lýTCE, dinh dưỡng trong nước ngầm •Thực nghiệm trên chất thải giàu amoni Ứng dụng •Thực vật nước ngầm (cây thuộc họ liễu, gồm cây dương, liễu, dương châu Mỹ) •Các loại cỏ (lúa mạch đen, cỏ đuôi trâu, lúa miến, cây thóc) •Cây họ đậu (cỏ ba lá, cỏ linh lăng, đâu đũa) Thực vật •Chlorinated aliphatics (TCE), MTBE •Chất thải giàu amoni •(TNT, RDX, HMX, perchlorate) •Dinh dưỡng (nitrat, ammoni, phosphate) •Thuốc trừ cỏ Chât ô nhiễm •Nước ngầm •Nước thải •Đất ô nhiễm Môi trường CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BẰNG VÙNG RỄ (RHIZOSPHERE BIOREMEDIATION) •Xử lý TPH, BTEX, PAH, PCP •Đang ở dạng nghiên cứu (PCBs, thuốc bảo vệ thực vật) Ứng dụng •Cỏ có rễ sợi (lúa mì, cỏ đuôi trâu, lúa mạch đen) •Cây sản xuất các hợp chất phenol (dâu tằm, táo, dâu cam vàng) •Thực vật ưa nước ngầm Thực vật •Hợp chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học (BTEX, TPH, PAHs, PCBs, thuốc bảo vệ thực vật) Chât ô nhiễm •Đất •Bùn lắng Môi trường CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ CỐ ĐỊNH CHẤT Ô NHIỄM (PHYTO-STABILIZATION) •Xử lý giảm độ độc trong đấtỨng dụng •Dùng các thực vật ưa nước ngầm để kiểm soát nguồn nước •Dùng các loại cỏ có rễ sợi để kiểm soát xói mòn Thực vật •Kim loại nặng (Pb, Cd, Zn, As, Cu, Cr, Se, U) •Hợp chất hữu cơ kị nước, PCBs Chât ô nhiễm •ĐấtMôi trường CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ CHIẾT ĐẤT(PHYTO-EXTRACTION) •Xử lý ô nhiễm mức độ nhẹ (Pb, Cd, Zn Ni )Ứng dụng •Cải bẹ xanh (Brassica juncea) •Hướng dương (Helianthus spp.) •Thlaspi caerulescens Thực vật •Kim loại nặng (Pb, Cd, Zn, Ni, Cu)Chât ô nhiễm •Đất •Đất ô nhiễm chất thải công nghiệp Môi trường CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ LỌC BẰNG RỄ (RHIZO-FILTRATION) •Ứng dụng trên mô hình bãi ngậpỨng dụng •Thuỷ thực vật: •Thực vật nổi •Thực vật ngập nước Thực vật •Pb, Cd, Zn, Ni, Cu •Chất phóng xạ •Hợp Chất hữu cơ kị nước •Chất nổ (RDX) Chât ô nhiễm •Nước thảiMôi trường CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ BAY HƠI QUA LÁ CÂY (PHYTO-VOLATILIZATION) •Đang ở mức thực nghiệp pilotỨng dụng •Cải bẹ xanh (Brassica juncea) •Cây ngập nước •Thực vật ưa nước ngầm Thực vật •Se, As, Hg •Hợp Chất hữu cơ kị nước bay hơi (VOCs) Chât ô nhiễm •Đất •Bùn lắng Môi trường CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HẬU XỬ LÝ Sản phẩm cuối vẫn là chất độc hạI Giảm thể tích một cách đáng kể Sử dụng sản phẩm (khí nhiệt phân Nhiệt phân Đòi hỏi thiết bị đặc biệt Sản phẩm cuối vẫn là chất độc hạI Giảm thể tích Thu hồi kim loại Đóng rắn Tốn thời gian Đòi hỏi thiết bị đặc biệt Sản phẩm cuối vẫn là chất độc hại Giảm thể tích và hàm lượng nước Composting Khó khănThuận lợi Kỹ thuật CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Kỹ thuật trồng cây XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Lọc nước Bãi lọc ngập nước Các kỹ thuật xử lý bằng trồng cây xử lý nước ngầm xử lý đất ô nhiễm xử lý khí CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Constructed Wetland for Wastewater Treatment Effluent sampling point Nutrients Pilot beds 5 6 7 10 8 9 4 3 2 1 Effluent Inffluent Bed 4 Bed 3 Bed 2 Bed 1 Saída Inlet Equalization basin Outlet Industrial discharge XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Kỹ thuật bãi lọc ngập nước Lấy mẫu phân tích Nước ra Nướcvào Dinh dưỡng Nước thải cô g nghiệp ãi lọc 1-4 CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Kỹ thuật bãi lọc ngập nước CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 1 10 100 1000 10000 24/May 3/Jun 13/Jun 23/Jun 3/Jul 13/Jul pp m NO3 in NO3 out CODin CODout Kết quả: loại 90% Nitrát và COD ! XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Kỹ thuật bãi lọc ngập nước CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Loại > 90% hợp chất thơm 1 10 100 1000 9-Feb 31-Mar 20-May 9-Jul 28-Aug 17-Oct Co nc en tra tio n (p pm ) ANLin MNBin ANLef MNBef XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Kỹ thuật bãi lọc ngập nước CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Kỹ thuật trồng cây xử lý nước ngầm •1996 •Fort Worth, Texas USA •Chất ô nhiễm:TCE •Độ sâu 6 - 10 feet •1999 •Argonne East, USA •Chất ô nhiễm: KLN, chất phóng xạ, dung môichứa Clo CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Kỹ thuật trồng cây xử lý nước ngầm •Địa điểm: Oconee, Illinois, UAS •Chất ô nhiễm: Nitrat, Ammoni & TBVTV •Độ sâu 6 - 10 feet Alachlor MetachlorAntrazin Metribuzin 1987 1988 1990 1994 1996 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Trồng cây xử lý CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: Đánh giá CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n Dùng ánh sáng mặt trời n Xử lý tại chỗ n Được chấp nhận rộng rãi n Chi phí thấp: 10-20% so với các phương pháp truyền thống n Ít chất thải thứ cấp hơn n Không có mùi hôi thối n Đất sau xử lý có thể tiếp tục sử dụng XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: ƯU ĐIỂM CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG n Sinh khối giới hạn n Chỉ giới hạn cho tầng đất nông, nước chảy và nước ngầm n Tích luỹ nhiều chất ô nhiễm độc hại sẽ gây độc cho cây n Khả năng hấp thụ sinh học và độc tính của các sản phẩm phân huỷ chưa được xác định n Chậm hơn các phương pháp truyền thống n Chỉ thích hợp với các chất ô nhiễm ưa nước n Chất ô nhiễm có khả năng đi vào chuỗi thực phẩm thông qua động vật ăn cây cỏ n Các chất ô nhiễm có khả năng ngấm sâu hơn vào nước ngầm theo rễ sâu XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT: NHƯỢC ĐIỂM CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG 100 - 500Chôn lấp 75 - 205Đóng rắn/ Làm ổn định 40 - 600Nung nóng 50 - 300Điện phân 200 - 450Nhiệt xử lý 150 - 500Nhiệt giải hấp 150 - 400Hòa tan/ chiết bằng axít 75 - 210Chiết rửa đất tại chỗ 50 - 150Rửa đất 25 - 100Trồng cây (Phytoremediation) So sánh chi phí xử lý kim loại nặng ô nhiễm trong đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG So sánh chi phí xử lý chất ô nhiễm hữu cơ trong đất 200 - 1500Đốt 360 - 440Chiết bằng dung môi 240 - 340Đóng rắn/ Làm ổn định 120 - 300Nung nhiệt trực tiếp 80 - 200Rửa đất 20 - 220Trộn không khí 50 - 150Xử lý tại chỗ bằng pp vi sinh 10 - 35Trồng cây (Phytoremediation) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Yếu tố và điều kiện thành công XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHUYỂN DẠNG (PHYTO-TRANSFORMATION) •Độc tính •Con đường chuyển hóa Dữ liệu cần thiết •Log Kow = 1-3.5 •Không gây độc cho thực vật Điều kiện thành công Hấp thu bởi thực vật, chuyển hóa, bay hơi Nhân tố quyết định Các hợp chất hữu cơ được hấp thu và biến đổi Cơ sở lý thuyết CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ BẰNG VÙNG RỄ (RHIZOSPHERE BIOREMEDIATION) •Độc tính •Con đường chuyển hóa Dữ liệu cần thiết Các hợp chất có khả năng bị phân huỷ bởi vi sinh hiếu khí Điều kiện thành công Vi sinh phân hủy, cần hệ rễ dàyNhân tố quyết định Hệ rễ dày hấp thu hóa chất và kích thích vi khuẩn phát triển Cơ sở lý thuyết CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CỐ ĐỊNH (PHYTO-STABILIZATION) Khả năng làm giảm ngấm và xói mòn đấtDữ liệu cần thiết •Hệ rễ phát triển mạnh •Dùng cho các chất có thể bị cố định Điều kiện thành công Kiểm soát nguồn nước, ổn định và cố định đất Nhân tố quyết định Rễ giữ đất và nước, cố định kim loạiCơ sở lý thuyết CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHIẾT ĐẤT(PHYTO-EXTRACTION) Khả năng thu hồi kim loại hoặc thải bỏ an toàn Dữ liệu cần thiết •> 3 tấn sinh khối khô/ha.năm •> 1000 mg/kg kim loại •Xử lý đất ô nhiễm nhẹ cho đạt tiêu chuẩn Điều kiện thành công Khả năng sản xuất sinh khối và tích lũy chất ô nhiễm trong các bộ phận có thể thu hoạch Nhân tố quyết định Cây sinh trưởng khỏe, hấp thu và tích lũy các chất ô nhiễm ơ hàm lượng khá cao Cơ sở lý thuyết CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG LỌC BẰNG RỄ (RHIZO-FILTRATION) Tốc độ xử lý ô nhiễmDữ liệu cần thiết •Mật độ cây 200-1000 g/m2 •Thời gian chịu ngập nước là vài ngày Điều kiện thành công Hấp thu/lọc qua rễ, cây có khả năng chịu ngập nước Nhân tố quyết định Rễ cây hấp thu và cố định các chất ô nhiễm Cơ sở lý thuyết CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Ảnh hưởng của EDTA đến hiệu quả loại KLN (thí nghiệm trong nhà kính với cây bắp, Zea mays) 5.3 / 20.1 13.2 / 58.7 23.8 / 296104 / 1980.5 mg EDTA kg- 1 đất 0.3 / 13.1 1.2 / 42.33.3 / 2932.8 / 34.4Không xử lý CuCdZnPbXử lý Hàm lượng KLN trong đất / lá (mg/kg trọng lượng khô) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (BIOTREATMENT- BIOCONVERSION) CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG VÌ SAO CẦN DÙNG DẠNG NĂNG LƯỢNG SẢN XUẤT BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC (BIO-FUELS)? n Giải pháp thay thể nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt n Giảm phát thải CO2. n Giảm ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông n Ít độc hơn các dạng năng lượng hóa thạch như xăng dầu hay diesel n Nguồn cung cấp năng lượng dồi dào, giá thành kiểm soát được. n Mở ra một ngành công nghiệp mới tạo thêm công ăn việc làm cho người lao động. CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG BIO-FUELS & CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG KHÁC CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG SINH KHỐI SẢN XUẤT BIO-FUELS: Ngũ cốc, lúa gạo, tinh bột, đường Vật liệu chứa cellulose : cỏ, ,cây, phế phẩm nông nghiệp, gỗ thừa, chất thải rắn Lên men (phức tạp) Lên men (dẽ dàng) Etanol Etanol Biogas cây lấy dầu: cải dầu, đậu nành, hướng dương… Methylester diesel Chất thải hữu cơ: chế biến cá, mỡ động vật… Lên men diesel Biogas CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Chất thải của các nhà máy cưa Phân bón Bùn cống Thành phần hữu cơ trong rác thải đô thị Dầu thực vật và chất béo đã qua sử dụng Phụ phẩm và chất thải Gỗ thừa trong ngành mộc Gỗ thừa khi đốn cây Rơm rạ sau khi thu hoạch ngũ cốc Các loại phế phẩm khác từ ngành công nghiệp chế biến nông sản (mía, trà, cà phê, cao su, dầu cọ và dầu dừa) Phế phẩm Rừng ngắn ngày (bạch đàn, dương) Cây dài ngày (cỏ miscanthus) Cây vụ mùa (cải dầu, mía, củ cải đường) Cây trồng chuyên canh Thí dụLoại SINH KHỐI CHO SẢN XUẤT BIO-FUELS: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Sản phẩm của thực vật sau Phytoremediation Phân huỷ Xử lý nhiệt Xử lý sinh học Xử lý cơ họ