Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 KNTT bài 11: Công nghệ ứng dụng vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường

Câu hỏi khởi động

Ô nhiễm môi trường là một vấn đề phổ biến và đang diễn biến ngày cùng trầm trọng ở nước ta. Nguyên nhân gây ô nhiễm, tác động của sự ô nhiễm và các phương thức xử lí ô nhiễm môi trường là vấn đề phức tạp. Tùy vào nguyên nhân, phạm vi và mục đích sử dụng của môi trường bị ô nhiễm mà con người có thể sử dụng các biện pháp xử lí khác nhau. Vi sinh vật được sử dụng trong xử lí ô nhiễm môi trường như thế nào?

Tác nhân gây ô nhiễm môi trường thường là các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ hoặc các chất vô cơ có nồng độ quá cao.

Vi sinh vật có khả năng trao đổi chất đặc biệt chúng có thể chuyển hoá trạng thái của kim loại giúp làm giảm độc tính, kết tủa kim loại hoặc phân huỷ các chất hữu cơ khó phân huỷ như PAH,... làm giảm ô nhiễm môi trường.

Trong điều kiện kị khí hoặc hiếu khí, vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm để tạo thành các chất hữu ích cho con người như biogas, các acid hữu cơ, cồn hoặc phân bón hữu cơ.

Vi sinh vật được sử dụng trong các quy trình công nghệ xử lí môi trường cần có các đặc điểm phù hợp với điều kiện của nơi bị ô nhiễm (nhiệt độ, pH, độ mặn, độ thoáng khí, dinh dưỡng,...); có khả năng sử dụng hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm làm nguồn cung cấp carbon và năng lượng.

I. Xử lí ô nhiễm môi trường đất

Câu hỏi. Việc chuyển đổi mục đích sử dụng vùng đất ô nhiễm thành bãi xe hay sân bóng có phải là biện pháp xử lí ô nhiễm đất hiệu quả không? Tại sao?

Việc chuyển đổi vùng đất ô nhiễm thành bãi đỗ xe đem lại hiệu quả sử dụng đất nhưng không phải là biện pháp xử lí triệt để. Việc chuyển đổi này chỉ có hiệu quả trong phạm vi nhỏ hẹp.

II. Xử lí nước thải và làm sạch nước

Câu hỏi 1. Những nguyên nhân nào gây ô nhiễm nguồn nước?

Ô nhiễm nguồn nước đo nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải y tế,... không được xử lí đúng cách đã thải ra ao, hồ, sông gây ô nhiễm.

Câu hỏi 2. Trong quá trình xử lí ô nhiễm nước bằng vi sinh vật, cần kết hợp những phương pháp nào?

Để xử lí nước thải hiệu quả, cần kết hợp phương pháp xử lí vi sinh vật với phương pháp vật lí (lọc nước qua lưới chắn rác, phương pháp lắng,...), hoá học (nhiều nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà,...).

Câu hỏi 3. Trình bày ưu điểm của phương pháp cố định vi sinh vật trong xử lí nước ô nhiễm.

Xử lí nước thải bằng phương pháp cố định vi sinh vật có các ưu điểm:

• Vi sinh vật được bổ sung vào nước bị ô nhiễm sẽ làm giảm độc của chất gây ô nhiễm bằng các cơ chế: phân giải hiếu khí hoặc kị khí hợp chất hữu cơ thành CO2 và nước làm giảm nồng độ chất hữu cơ trong nước; vi sinh vật hấp thụ, liên kết hoặc chuyển hoá kim loại nhằm khử độc, tích tụ và tập trung kim loại, thuận lợi cho quá trình kết tủa kim loại, lắng và tách kim loại khỏi môi trường nước.
• Các vi sinh vật được cố định trong các lớp màng hoặc các hạt. Việc cố định này cho phép kiểm soát được các yếu tố kết hợp trong quá trình xử lí nước thải như tốc độ sục khí, tốc độ dòng chảy.

III. Công nghệ thu nhận khí sinh học

Câu hỏi 1. Khí sinh học là gì?

Khí sinh học được tạo ra từ các chất thải hữu cơ, là hỗn hợp khí gồm CH4, CO2, H2 và hơi nước.

Câu hỏi 2. Khí sinh học có thể được hình thành trong điều kiện nào?

Khí sinh học được hình thành trong điều kiện kị khí.

Câu hỏi 3. Nêu ví dụ về vi sinh vật có khả năng tạo khí sinh học.

Vi sinh vật có khả năng tạo khí sinh học có đặc điểm sinh trưởng và sinh sản được trong điều kiện kị khí như các chi Methanobacterium, Methanococcus,...

Câu hỏi 4. Phân tích ưu điểm của công nghệ tạo khí sinh học bởi vi sinh vật.

Công nghệ tạo khí sinh học nhờ vi sinh vật có các ưu điểm:

Tạo ra khí sinh học, phục vụ nhu cầu sử dụng của con người (dùng làm chất đốt hoặc chuyển hoá thành điện năng).

Rác thải sau khi được xử lí có thể sử dụng làm phân bón hữu cơ, có lợi ích về kinh tế, tăng giá trị sản xuất nông nghiệp; góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường do chất thải hữu cơ.

IV. Công nghệ xử lí chất thải rắn

Câu hỏi 1. Theo em, để ứng dụng vi sinh vật trong phân huỷ rác thải sinh hoạt, trước hết cần phải làm gì?

Để ứng dụng vi sinh vật trong phân hủy rác thải sinh hoạt, bước đầu tiên cần phân loại rác thải hữu cơ và rác thải vô cơ.

Câu hỏi 2. Kể tên một số sản phẩm từ quá trình xử lí rác thải hữu cơ rắn bằng công nghệ vi sinh vật.

Một số sản phẩm từ quá trình xử lí rác thải hữu cơ rắn bằng công nghệ vi sinh vật như khí sinh học (biogas), phân hữu cơ,...

Câu hỏi 3. Tại sao trong quá trình ủ phân hữu cơ, nhiệt độ có thể lên tới trên 60°C nhưng vẫn còn nhiều vi sinh vật sinh trưởng và sinh sản?

Trong quá trình ủ phân hữu cơ, nhiệt độ sẽ thay đổi theo thời gian, ở mỗi khoảng nhiệt sẽ có các nhóm vi sinh vật khác nhau phát triển. Khi nhiệt độ đống ủ từ 40°C đến 60°C, nhóm vi sinh vật ưa ấm phát triển, còn khi nhiệt độ từ 60°C đến 80°C thì nhóm vi sinh vật ưa nhiệt phát triển.

Luyện tập và vận dụng

Bài 1. Em hãy tìm hiểu và kể tên một số vi sinh vật có khả năng xử lí sự cố tràn dầu.

Các vi sinh vật có khả năng xử lí nước và đất bị nhiễm dầu là những vi sinh vật có khả năng phân huỷ dầu (theo cơ chế phân hoá mạch carbon hoặc hấp thụ dầu) như Chryseobacterium defluvii, Chryseobacterium gleum, Pseudomonas sp., Candida tropicalis;...

Bài 2. Tại sao trong quá trình xử lí ô nhiễm môi trường đất bằng vi sinh vật, người ta thường bổ sung thêm một số nguồn dinh dưỡng N, C, P, O2,...?

Để xử lí ô nhiễm môi trường đất bằng vi sinh vật, cần bổ sung thêm dinh dưỡng N, C, P, O2 với mục đích cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật sinh trưởng, tăng số lượng tế bào giúp quá trình phân giải diễn ra nhanh hơn. O2 được cung cấp cho các vi sinh vật hiếu khí hoạt động hiệu quả.

Bài 3. Em hãy tìm hiểu và kể tên một số vi sinh vật có khả năng phân hủy dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc điệt cỏ trong nước thải nông nghiệp.

Một số vi sinh vật có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ: Agrobacterium radiobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Streptomces,...

Bài 4. Nêu các lợi ích từ việc ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất khí sinh học.

Ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong sản xuất khí sinh học mang lại các lợi ích:

• Tạo ra khí sinh học, phục vụ nhu cầu sử dụng của con người (dùng làm chất đốt hoặc chuyển hoá thành điện năng).
• Rác thải sau khi xử lí được sử dụng làm phân bón hữu cơ, có lợi ích về kinh tế, tăng giá trị sản xuất nông nghiệp; góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường do chất thải hữu cơ.

Quá trình ủ phân hữu cơ theo hình 11.5 có ưu điểm:

• Dễ thực hiện.
• Giảm thiểu rác thải hữu cơ, góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.
• Tạo ra phân bón hữu cơ, có ý nghĩa về mặt kinh tế.