Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 CTST bài 12: Công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Nhà ông C có một trang trại nuôi lợn, hằng ngày trang trại này thải ra một lượng chất thải lớn, gây mùi hôi thối cho những người dân xung quanh. Hãy tư vấn cho ông C các biện pháp xử lí chất thải nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường.

Ông C có thể sử dụng vi sinh vật để phân giải lượng chất thải đó và tạo phân bón hữu cơ cho trồng trọt. 

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT

1. Ô nhiễm môi trường đất

2. Xử lí ô nhiễm môi trường đất bằng công nghệ vi sinh vật

Câu hỏi 1. Dựa vào Hình 12.1, hãy phân tích các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất.

Có 4 nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường đất là:

Do tự nhiên: đất bị nhiễm mặn hay nhiễm phèn.

Do chất thải sinh hoạt: nước thải và rác thải sinh hoạt không được xử lí do sự gia tăng dân số.

Do hoạt động công nghiệp: sự gia tăng hàm lượng chất thải rắn quá ngưỡng cho phép thay đổi kết cấu do chất thải …

Do hoạt động nông nghiệp: chất thải, thuốc trừ sâu hay phân bón quá thừa trong môi trường đất và không được xử lí đúng cách => biến đổi tính chất của đất.

Câu hỏi 2. Ô nhiễm môi trường đất đã gây ra những hậu quả gì đối với sinh vật và đời sống con người?

Ô nhiễm môi trường đất dẫn tới vật nuôi và cây trồng bị nhiễm bệnh làm giảm năng suất => giảm hiệu quả kinh tế, gây tích tụ chất độc trong thực phẩm ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của con người, …

Câu hỏi 3. Hãy nêu nguyên lí chung của ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong việc xử lí ô nhiễm môi trường đất.

Nguyên lí chung của công nghệ vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm đất là vi sinh vật sản xuất enzyme phân giải các chất độc hại hoặc tạo ra các ion làm tăng/giảm độ pH đất.

Vi sinh vật giúp đất tơi xốp, thoáng khí, tăng độ phì nhiêu làm thực vật sinh trưởng tốt hơn.

Câu hỏi vận dụng 1: Hãy liệt kê các chất gây ô nhiễm môi trường đất tại địa phương em.

Các chất gây ô nhiễm môi trường đất:

• Chất thải sinh hoạt: túi ni lông, nhựa sử dụng một lần, thức ăn thừa … không được xử lí.
• Nước thải sinh hoạt thải trực tiếp ra môi trường.
• Chất thải rắn khó phân hủy như thủy tinh, sành, sứ …

Câu hỏi vận dụng 2: Hãy liệt kê một số chế phẩm vi sinh vật xử lí ô nhiễm môi trường đất được sử dụng tại địa phương em.

Một số chế phẩm vi sinh vật xử lí ô nhiễm môi trường đất là:

• Chế phẩm AT xử lí đất nhiễm mặn.
• Chế phẩm BIO - TT5 xử lí ô nhiễm phèn.
• Phân vi sinh vật giải lân giúp giảm độ pH đất và phân bón dư thừa trong đất.

II. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI VÀ LÀM SẠCH NƯỚC

1. Xử lí nước thải và làm sạch nước

Câu hỏi 4. Hãy phân tích công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí nước thải và làm sạch nước.

Công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí nước thải và làm sạch nước:

• Chủ yếu dựa vào vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh phân giải chất hữu cơ gây nhiễm bẩn thành chất vô cơ.
• Hai tiêu chí: dựa vào sự có mặt của oxygen (xử lí hiếu khí hoặc xử lí kị khí) và dựa vào quá trình sinh trưởng của vi sinh vật (sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng gắn kết).

Nguồn nước được làm sạch bằng cách loại bỏ các vi sinh vật độc hại, động vật nguyên sinh, tảo … sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày.

Câu hỏi 5. Dựa vào Hình 12.2 và 12.3, hãy mô tả nguyên lí xử lí nước ô nhiễm theo công nghệ MBBR và AAO.

Công nghệ MBBR xử lí nhân tạo nước thải thông qua các vật liệu làm giá thể cho vi sinh vật bám dính để sinh trưởng và phát triển. Sản phẩm từ quá trình này là bùn hoạt tính có thể sử dụng.

Công nghệ xử lí nước thải AAO: quy trình xử lí sinh học liên tục, kết hợp ba hệ vi sinh: kị khí, hiếu khí và thiếu khí để xử lí nước thải.

Câu hỏi vận dụng: Hãy mô tả thực trạng nguồn nước ở địa phương em. Từ đó, đề xuất một số công nghệ xử lí nước thải.

Thực trạng nguồn nước ở địa phương em: nước thải không được xử lí khiến nguồn nước ở ao, hồ bị đục ngầu, bốc mùi hôi thối …

Một số công nghệ xử lí nước thải: công nghệ AAO, công nghệ MBR (sử dụng bể lọc màng sinh học) …

2. Xử lí ô nhiễm do tràn dầu

Câu hỏi 6. Nếu dầu loang trên biển không được xử lí sẽ gây ra hậu quả gì?

Dầu loang trên biển không được xử lí sẽ gây ra các hậu quả:

Nguồn sinh vật chết hàng loạt → chuỗi thức ăn và lưới thức ăn dưới biển bị ảnh hưởng.

Các kim loại nặng như lưu huỳnh lắng xuống và tích tụ dưới đáy biển gây ô nhiễm và giết chết các loài thủy sinh như san hô …

Chim và thú biển bị ảnh hưởng nặng: giảm trao đổi chất và giảm thân nhiệt …

Câu hỏi vận dụng: Hãy tìm hiểu các cách xử lí ô nhiễm do tràn dầu ở nước ta.

Ứng dụng công nghệ vi sinh trong xử lí tràn dầu trên nguyên lí phân hủy dầu của các vi khuẩn: Enretech-1 được sử dụng ứng cứu khẩn cấp cho các sự cố tràn dầu trên đất.

III. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ CHẤT THẢI RẮN

1. Khái niệm và phân loại chất thải rắn

Câu hỏi 7. Hãy nêu ý nghĩa của việc phân loại chất thải rắn.

Việc phân loại chất thải rắn có ý nghĩa: giúp ứng dụng nguồn vi sinh vật phân giải từng loại chất thải phù hợp hơn, nâng cao hiệu quả xử lí chất thải, quá trình xử lí chất thải rắn hiệu quả hơn, …

Câu hỏi 8. Ở địa phương em đã sử dụng những cách phân loại chất thải rắn nào?

Ở địa phương em đã sử dụng cách phân loại chất thải rắn theo:

Khả năng tái chế (chất thải rắn tái chế được, không tái chế được).

Dựa vào mức độ gây hại (chất thải thông thường và chất thải nguy hại)

2. Ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí chất thải rắn

Câu hỏi 9. Hãy tóm tắt các bước ứng dụng vi sinh vật trong việc xử lí chất thải rắn.

Quy trình chung xử lí chất thải rắn bằng phương pháp sinh học gồm các bước:

(1) Phân loại chất thải hữu cơ: 

Phân nhóm rác thải hữu cơ thành các nhóm khác nhau: rác thải chứa cellulose, tinh bột, protein …

(2) Lựa chọn phương pháp và vi sinh vật xử lí chất thải rắn.

Tùy vào điều kiện thực tiễn để lựa chọn phương pháp xử lí rác thải hữu cơ phù hợp chọn phương pháp phân giải hiếu khí hay kị khí).

(3) Tiến hành xử lí.

(4) Thu sản phẩm.

Vừa xử lí chất thải giúp hạn chế ô nhiễm môi trường, vừa thu các sản phẩm hữu ích như phân bón, khí sinh học.

Câu hỏi 10. Hãy phân tích các mô hình công nghệ xử lí chất thải rắn.

Có 2 mô hình công nghệ xử lý chất thải rắn: phương pháp kị khí và hiếu khí.

Phương pháp kị khí:

• Là phương pháp phân giải chất hữu cơ mà không có mặt oxygen.

• Sản phẩm: chất dễ tan, hỗn hợp khí CH₄, CO₂, NH₃ … phần lớn là CH₄.

• Có sự tham gia của 3 nhóm vi khuẩn.

• Quá trình được bổ sung bùn và vi sinh vật phân giải, ủ thành đống trong điều kiện môi trường thích hợp.
• Chia thành 3 giai đoạn: thủy phân cơ chất → hình thành acid hữu cơ → hình thành methane.

Phương pháp hiếu khí:

• Là phương pháp phân giải các hợp chất hữu cơ có mặt của oxygen.

• Sản phẩm cuối cùng là H₂O, CO₂ và sinh khối vi sinh vật.

• Có 2 mô hình: ủ rác thành đống có đảo trộn và ủ rác thành đống không đảo trộn và thổi khí.

• Quan trọng nhất là sự cung cấp đủ oxygen.

Câu hỏi vận dụng: Hãy phân biệt phương pháp xử lí chất thải rắn hiếu khí và kị khí.

IV. CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT KHI SINH HỌC

1. Khái niệm và ý nghĩa của khí sinh học

2. Công nghệ sử dụng vi sinh vật để sản xuất khí sinh học

Câu hỏi 11. Phân tích cơ chế hình thành khí sinh học trong hệ thống biogas.

Cơ chế hình thành khí sinh học trong hệ thống biogas gồm 4 giai đoạn:

(1) Thủy phân chất hữu cơ:

(2) Giai đoạn acid hóa (giai đoạn lên men):

Nhờ vi khuẩn Acetogenic và các chất giai đoạn 1 chuyển hóa thành acid béo phân tử lượng thấp hơn + một ít khí CO2, H2.

(3) Giai đoạn acetate hóa:

Vi khuẩn acetate hóa phân giải acid hữu cơ tạo thành acetic acid, CO2 và H2.

(4) Hình thành khí methane:

Hình thành hỗn hợp khí sinh học, chủ yếu là khí methane (NH4, N2, H2, H2S) nhờ các loại vi khuẩn khác nhau.

Câu hỏi luyện tập: Hãy mô tả quá trình xây dựng và sử dụng hầm biogas ở địa phương em.

Quá trình xây dựng hầm biogas ở địa phương em:

1. Lựa chọn thể tích xây dựng hầm Biogas -> 2. Lựa chọn địa điểm -> 3. Lựa chọn vật liệu -> 4. Đào đất, xây bể phân hủy, bể điều áp và thử độ kín -> 5. Vận hành và bảo quản hầm Biogas.

Quá trình sử dụng hầm Biogas:

• Nguyên liệu nạp vào ban đầu: nạp đầy phân phân hủy ngay 1 lúc, đảm bảo kín khí. Nước rửa chuồng là nước ngọt. 
• Đưa khí vào sử dụng: sau khi nạp xong đóng tất cả các van khí lại để thu tích khí. Cần xả 2 - 3 lần.
• Vận hành hầm: bổ sung nguyên liệu hàng ngày bằng cách rửa và vệ sinh chuồng trại. Theo dõi áp suất khí để phát hiện rò rỉ qua đường ống.

VẬN DỤNG

Câu hỏi vận dụng: 

1. Hãy đề xuất các biện pháp ứng dụng công nghệ vi sinh vật để xử lí môi trường đất, nước thải, chất thải rắn ở địa phương.
2. Em đã thực hiện được những việc làm gì để góp phần bảo vệ môi trường ở gia đình, nhà trường và cộng đồng xung quanh?

1. Các biện pháp ứng dụng công nghệ vi sinh vật:

• Xử lí môi trường đất: sử dụng chế phẩm BIO-TT5, sử dụng chế phẩm AT … để cải tạo đất.
• Xử lí nước thải: sử dụng công nghệ MBBR, sử dụng bể lọc màng sinh học (MBR).
• Xử lí chất thải rắn: ủ rác thành đống có đảo trộn, sử dụng mô hình hầm tạo khí biogas.

    2. Em đã thực hiện những việc làm như: phân loại rác thải rắn, xả rác đúng nơi quy định, …

Bài tập 1. Phân tích vai trò của các ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường ở nước ta.

Vai trò của các ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong việc xử lí:

• Ô nhiễm môi trường đất: giúp đất tơi xốp, thoáng khí, tăng độ phì nhiêu, giúp thực vật phát triển tốt hơn.
• Ô nhiễm môi trường nước: các chất hữu cơ nhiễm bẩn chuyển thành chất vô cơ như CO2, H2O; giải quyết các sự cố dầu loang giúp bảo vệ môi trường biển …
• Chất thải rắn: phân hủy các chất khó phân hủy, gây độc trong môi trường thành chất vô cơ, không độc, sản phẩm sử dụng lại (khí methane, bùn hữu cơ, khí biogas).

Bài tập 2. Liệt kê các chế phẩm vi sinh vật trong xử lí môi trường được sử dụng ở nước ta.

Các chế phẩm vi sinh vật trong xử lí môi trường: men vi sinh Jumbo A, BIOTECH-H01, BIO-TT5, THIO-CLEAR …

Bài tập 3. Sưu tầm các thành tựu trong xử lí môi trường bằng công nghệ vi sinh vật ở nước ta.

Sử dụng chế phẩm SagiBio trong xử lí môi trường:

Ứng dụng xây hầm Biogas để phân giải chất thải hữu cơ thành khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình:

Bài tập 4. Dựa vào Bảng 12.4, hãy phân tích tình trạng nhiễm mặn ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Từ đó, hãy đề xuất các giải pháp xử lí đất nhiễm mặn bằng công nghệ vi sinh vật.

Tình trạng nhiễm mặn ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long rất nghiêm trọng, các sông lớn tiến sâu vào đất liền và khiến đất liền ở hàng loạt các tỉnh ven sông bị nhiễm mặn nặng, gây khó khăn cho việc canh tác, trồng trọt …

Các giải pháp xử lí chất nhiễm mặn như: sử dụng chế phẩm AT cải tạo đất, AT xử lí mặn cây ăn trái …