Cong ngh vi sinh

1. Khái niệm đất, quá trình hình thành và thành phần của đất? Thế nào là đất
ô nhiễm?
Trả lời:
Khái niệm về đất:
- V.V. Đôcutraiep (1846-1903) người Nga là người đầu tiên đã xác định
một cách khoa học về đất rằng: Đất là tầng ngoài của đá bị biến đổi một cách tự
nhiên dưới tác dụng tổng hợp của nhiều yếu tố. Theo Đôcutraiep: Đất trên bề mặt
lục địa là một vật thể thiên nhiên được hình thành do sự tác động tổng hợp cực kỳ
phức tạp của 5 yếu tố: sinh vật, đá mẹ, địa hình, khí hậu và tuổi địa phương.
- V.R.Viliam (1863-1939) Viện sĩ thổ nhưỡng nông hóa Liên Xô (cũ) thì
cho rằng đất là lớp tơi xốp của vỏ lục địa, có độ dày khác nhau, có thể sản xuất ra
những sản phẩm của cây trồng. Tiêu chuẩn cơ bản để phân biệt giữa "đá mẹ" và
đất là độ phì nhiêu, nếu chưa có độ phì nhiêu, thực vật thượng đẳng chưa sống
được thì chưa gọi là đất. Độ phì nhiêu là khả năng của đất có thể cung cấp nước,
thức ăn và đảm bảo các điều kiện khác để cây trồng sinh trưởng phát triển và cho
năng suất. Như vậy độ phì không phải chỉ là số lượng chất dinh dưỡng tổng số
trong đất mà là khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây nhiều hay ít. Khả năng
đó nhiều hay ít (tức độ phì cao hay thấp) là do các tính chất lý học, hóa học và
sinh học của đất quyết định; ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên và
tác động của con người.
Quá trình hình thành đất:
Thành phần chủ yếu của đất là các hạt đất, các hạt đất có kích thước to nhỏ khác
nhau, chúng được tạo nên do sự phá hoại các tầng lớp đất đá ban đầu bởi các tác
dụng
vật lý, hoá học, quá trình này gọi là quá trình phong hoá. Quá trình phong hoá đất
đá
được phân làm ba loại là: Phong hoá vật lý, Phong hoá hoá học và phong hoá sinh
học. Ba loại phong hoá trên thường tác dụng đồng thời trong thời gian dài làm cho
các lớp đá trên mặt bị vỡ vụn, sau đó do tác dụng của dòng nước của gió làm các
hạt đó bị cuốn đi nơi khác. Tuỳ theo kích thước các hạt to nhỏ mà trong quá trình

di chuyển chúng sedx lắng đọng lại hoặc rơi xuống tạo thành các tầng lớp đất khác
nhau. Quá trình di chuyển và lắng đọng sản phẩm phong hoá gọi là trầm tích, ba
phần tư bề mặt lục địa được bao phủ bởi các lớp đất đá trầm tích, phần còn lại là
các vùng còn giữ được thành phần khoáng chất như đá gốc hoặc thay đổi ít.
Các hạt lắng đọng chồng chất lên nhau, giữa chúng không có lực liên kết đó là
các lớp đất cát, cuội, sỏi, loại này nói chung là đất rời. Các hạt nhỏ với kích thước
vài
phần nghìn mm thường có tính keo dính và tích điện, khi lắng đọng chúng liên kết
với
nhau thành các tầng đất gọi chung là đất dính hoặc đất sét.
Thành phần của đất:
Các loại đất, dù là loại đất nào cũng đều có các thành phần cơ bản đó là:
- Chất vô cơ do đá phá hủy tạo thành chiếm khoảng 95% trọng lượng hay
38% thể tích của chất rắn;
- Chất hữu cơ do xác sinh vật phân hủy chiếm dưới 5% trọng lượng hoặc
12% thể tích chất rắn;
- Không khí (O2, N2, CO2 ) một phần từ khí quyển xâm nhập vào hoặc do đất
sinh ra;
- Nước chủ yếu do từ ngoài xâm nhập vào và vì có hòa tan nhiều chất cho
nên nước trong đất thực chất là dung dịch đất;
- Sinh vật sống trong đất như côn trùng, giun, nguyên sinh động vật, các loài tảo
và vi sinh vật đất, là thành phần rất quan trọng, đặc biệt là vi sinh vật, bởi
vì hầu hết các quá trình biến hóa phức tạp xảy ra trong đất đều có sự tham
gia của vi sinh vật . Tỷ lệ những thành phần trên có thể rất khác nhau. Ví dụ trong
đất than bùn hàm lượng chất hữu cơ rất cao, ngược lại trong đất cát, hoặc
đất xói mòn trơ sỏi đá không có thực bì che phủ thì hàm lượng chất hữu cơ
rất thấp. Không khí và nước trong đất cũng thay đổi rất nhiều, bởi vì hai thành
phần này cùng tồn tại trong các khe hở của đất, nó phụ thuộc vào độ chặt, độ xốp
và độ ẩm của đất.

Ô nhiễm đất:
Ô nhiễm môi trường là sự đưa vào môi trường các chất thải nguy hại hoặc năng
lượng đến mức ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe con người hoặc
làm suy thoái chất lượng môi trường. Đất được xem là ô nhiễm khi nồng độ các
chất độc tăng lên quá mức an toàn, vượt lên khả năng tự làm sạch của môi trường
đất.

“Ô nhiễm đất’ được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất
bởi các chất ô nhiễm".
Ô nhiễm đất là sự biến đổi thành phần , tính chất của đất gây ra bởi những tập
quán phản vệ sinh của hoạt động sản xuất nông nghiệp do những phương thức canh
tác khác nhau, do thải bỏ không hợp lý các chất cặn bã đặc và lỏng vào đất. Ngoài
ra ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng của cá chất gây ô nhiễm không khí lắng đọng
xuống.
2.
Các nguyên nhân gây ô nhiễm đất? (nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo;
theo tác nhân gây ô nhiễm)
Dựa theo nguồn gốc phát sinh:
- Do nguyên nhân tự nhiên: Trong các khoáng vật hình thành nên đất thường chứa
1 hàm lượng nhất định kim loại nặng, trong điều kiện bình thường chúng là những
nguyên tố trung lượng và vi lượng không thể thiếu cho cây trồng và sinh vật trong
đất, tuy nhiên trong 1 số điều kiện đặc biệt chúng vượt 1 giới hạn nhất định và trỏ
thành đất ô nhiễm.
VD: Chì: Trong các đá magma, Pb có xu thế tăng dần hàm lượng từ siêu mafic đến
axit. Trong các đá magma, Pb chủ yếu tập trung trong khoáng vật felspat, tiếp đó là
những khoáng vật tạo đá xẫm màu mà đặc biệt là biotit.
- Do nguyên nhân nhân tạo:
+Ô nhiễm do hoạt động nông nghiệp: việc sử dụng quá nhiều phân hóa học và

phân hữu cơ, thuốc trừ sâu, và thuốc diệt cỏ.


Khi bón nhiều phân hóa học làm đất hở nên chặt hơn, độ trương co kém, kết cấu
vững chắc, không tơi xốp mà nông dân gọi là đất trở nên “chai cứng”, tính thoáng
khí kém hơn đi, vi sinh vật ít đi vì hóa chất hủy diệt vi sinh vật.
Bón phân hữu cơ quá nhiều trong điều kiện yếm khí sẽ làm quá trình khử chiếm
ưu thế; sản phẩm của nó chứa nhiều acid hữu cơ làm môi trường sinh thái đất chua,
đồng thời chứa nhiều chất độc như H2S, CH4, CO2. Sư tích lũy cao các hóa chất
dạng phân hóa học sẽ gây hại cho môi trường sinh thái đất về mặt cơ lý tính , đất
nén chặt , độ trương co kém, không tơi xốp, tính thoáng khí kém, vi sinh vật cũng
ít đi vì hóa chất hủy diệt sinh vật.
đặc tính của thuốc trừ sâu bệnh là tính bền trong môi trường sinh thái nên nó tồn
tại lâu dài trong đất, sau khi xâm nhập vào môi trường, thời kì “nằm” lại đó, các
nhà môi trường gọi là “thời gian bán phân giải”. “nữa cuộc đời này”được xác định
như là cả thời gian nó trốn vào trong các dạng cấu trúc sinh hóa khác nhau hoặc
các dạng hợp chất liên kết trong môi trường sinh thái đất. Mà các hợp chất mới này
thường có độc tính cao hơn nó
+ Ô nhiễm do rác thải sinh hoạt: Chất thải rắn đô thị rất phức tạp, nó bao gồm các
thức ăn thừa, rác thải nhà bếp, làm vườn , đồ dùng hỏng , gỗ, thủy tinh, nhựa, các
loại giấy thải,các loạirác đường phố bụi, bùn, lá cây…
Ở các thành phố lớn , chất thải rắn sinh hoạt được thu gom , tập trung ,phân loại
và xử lý.
Ô nhiễm môi trường đất tại các bãi chôn lấp có thể do mùi hôi thối sinh ra do phân
hủy rác làm ảnh hưởng tới sinh vật trong đất , giảm lượng oxi trong đất.
Các chất độc hại sản phẩm của quá trình lên men khuếch tán , thấm và ở lại trong
đất.Nước rỉ từ các hầm ủ và bãi chôn lấp có tải lượng ô nhiễm chất hữu cơ rất cao (
thông qua chỉ số BOD và COD) cũng như các kim loại nặng như Cu , Zn, Pb,
Al ,Fe, Cd , Hg và cả các chất như P ,N, … cũng cao. Nước rỉ này sẽ ngấm xuống
đất gây ô nhiễm đất và nước ngầm.

+ Ô nhiễm do rác thải công nghiệp: Các hoạt động công nghiệp rất phong phú và
đa dạng, chúng có thể là nguồn gây ô nhiễm đất một cách trực tiếp hoặc gián tiếp.
Nguồn gây ô nhiễm trực tiếp là khi chúng được thải trực tiếp vào môi trường đất,
nguồn gây ô nhiễm gián tiếp là chúng được thải vào môi trường nước, môi trường


không khí nhưng do quá trình vận chuyển, lắng đọng chúng di chuyển đến đất và
gây ô nhiễm đất.
* Chất thải xây dựng.
Chất thải xây dựng như gạch ngói, thủy tinh, gỗ, ống nhựa, dây cáp, bêtông,
nhựa…trong đất các chất thải này bị biến đổi theo nhiều con đường khác nhau,
nhiều chất rất khó bị phân hủy…
* Chất thải kim loại.
Các chất thải kim loại, đặc biệt là các kim loại nặng (Pb, Zn, Cd, Cu, và Ni) thường
có nhiều ở các khu vực khai thác hầm mỏ, các khu công nghiệp và đô thị.
* Chất thải khí :
CO là sản phẩm đốt cháy không hoàn toàn carbon (C), 80% Co là từ động cơ xe
hơi, xe máy, hoạt động của các máy nổ khác, khói lò gạch, lò bếp, núi lửa phun….
Trong đất một phần CO được hấp thu trong keo đất, một phần bi oxy hoá thành
CO2.
SO2 đi vào không khí chuyển thành SO4 ở dang axit gây ô nhiễm môi trường đất
Bụi chì trong khí thải từ các hoạt động công nghiệp (chủ yếu là giao thông vận
tải), lắng xuống và tích tụ gây ô nhiễm đất.
Oxit nitơ sinh ra từ nitơ trong không khí do hoạt động giao thông vận tải, do các
vi sinh vật trong đất, do hoạt động ủ rơm rạ của con người. Lượng lớn oxit nitơ
tích lũy lại trong cây ảnh hưởng đến con người
Vậy CO2, SO2, NO2 trong không khí bị ô nhiễm là nguyên nhân gây ra mưa axít,
làm tăng quá trình chua hoá đất.
* Chất thải hóa học và hữu cơ:
Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm đất ở mức độ lớn như: chất tẩy rửa, phân

bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm, màu vẽ, công nghiệp sản xuất pin, thuộc
da, công nghiệp sản xuất hoá chất.
- Dựa theo tác nhân gây ô nhiễm :


+ ô nhiễm do tác nhân hóa học: Bao gồm phân bón N, P (dư lượng phân bón trong
đất), thuốc trừ sâu (clo hữu cơ, DDT, lindan, aldrin, photpho hữu cơ v.v.), chất thải
công nghiệp và sinh hoạt (kim loại nặng, độ kiềm, độ axit v.v...).
+ Ô nhiễm do tác nhân vật lý: Nhiệt độ (ảnh hưởng đến tốc độ phân huỷ chất thải
của sinh vật), chất phóng xạ (Uran, Thori, Sr90, I131, Cs137)
+ ô nhiễm đo tác nhân sinh học: chủ yếu do các loại vi sinh vật gây ra: : Trực
khuẩn lỵ, thương hàn, các loại ký sinh trùng (giun, sán v.v...).
3.
Trình bày các biện pháp sinh học xử lý đất ô nhiễm (in situ: bioventing,
biosparging, injection – recovery; ex situ: landfarming (làm đất), composting
biopile (đống ủ sinh học), soil slurry reactors (kỹ thuật bùn nhão). Ưu nhược
điểm của từng biện pháp.\
1. in situ.
Ưu điểm: - Các kỹ thuật này không cần đào, xúc đất và vận chuyển tới nơi xử lý.
- Thường áp dụng cho việc xử lý chất ô nhiễm đưới các vật kiến trúc, ô nhiễm ở
các tầng sâu hang chục m, ô nhiễm cacbon hydro đã mở rộng theo chiều ngang.
Nhược điểm:- kỹ thuật này khó kiểm soát được, quy trình ký thuật khá phức tạp và
ít hiệu quả hơn ex situ.
- Chỉ có thể theo dõi , giám sát quá trình một cách gián tiếp và thường không kịp
thời.
Trước khi tiến hành kỹ thuật này cần điều tra hệ vi sinh vật bản địa, điểu tra cấu
trúc đất, nhiệt độ, độ pH... Xác định diện tích vùng ô nhiễm và hướng chảy của
mạch nước ngầm
1.1. Bioventing.: kỹ thuật cấp khí.
các thiết bị

-

Máy nén khí hoặc quạt gió nhỏ

-

thiết bị giám sát Oxy (O2) không khí, với độ chính xác 0,5% ± hoặc ít hơn.


thiết bị giám sát carbon dioxide (CO2) không khí với độ chính xác 0,5% ±
hoặc ít hơn.
-

In-line sampling và các thiết bị giám sát khác.

Kỹ thuật này là phổ biến nhất trong xử lý Insitu. Cần cung cấp không khí và các
chất dinh dưỡng qua các giếng đất bị nhiễm bẩn để kích thích sự tăng sinh của các
vi khuẩn bản địa. Những sinh vật này sẽ làm việc để phân hủy các chất gây ô
nhiễm, trong khí đó áp suất cao sẽ loại bỏ khí ra ngoài.Bioventing sử dụng mức lưu
lượng không khí thấp và chỉ cung cấp lượng ôxycần thiết để phân hủy sinh học
trong khi giảm thiểu sự bay hơi của các chất nhiễm vào khí quyển. kỹ thuật này xử
lý được các hydrocacbon đơn giản và có thể được sử dụng nơi ô nhiễm sâu bên
dướibề mặt.

1.2.Kỹ thuật Biosparging (tạo bọt sinh học)
Tương tự với Bioventing, chỉ khác là dòng nước ngầm nằm phía trên vùng bị ô
nhiễm. Trong kỹ thuật tại chỗ này, không khí (oxy) được bơm vào dưới mực nước
ngầm để tăng nồng độ oxy nước ngầm và nâng cao tỷ lệ phân hủy sinh học của các
chất gây ô nhiễm do vi khuẩn.Hệ thống này làm tăng trộn trong vùng bão hòa, do
đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiếp xúc giữa oxy và đất và nước ngầm. Dễ dàng

và chi phí cài đặt thấp.các điểm bơm không khí có đường kính nhỏ cho phép linh
hoạt trong thiết kế và xây dựng hệ thống.

1.3.Injection recovery:
Bổ sung thêm các vsv bản địa hoặc vsv nhập vào các vị trí đất bị ô nhiễm. Hai yếu
tố hạn chế việc sử dụng thêm các vi sinh vật trong một đơn vị đất xử lý là:
- Môi trường sống của vi sinh vật nhập khó cạnh tranh với vsv bản địa để phát triển
và duy trì mức số lượng vsv hữu ích và
- Hầu hết các loại đất tiếp xúc dài ngày với chất thải phân hủy sinh học thường có
vi sinh vật bản địa là kẻ xử lý hiệu quả, nếu đơn vị đất đai xử lý được quản lý tốt.

2. ex situ.
Các kỹ thuật xử lý ex situ:


Trước khi tiến hành các kỹ thuật xử lý, cần phải kiểm tra khu vực bị ô nhiễm, xem
là do nguyên nhân gì để đưa chất gì, sử dụng vi sinh vật nào và dùng phương pháp
nào để xửa lý
2.1. landfarming (làm đất).
Là một kỹ thuật đơn giản, trong đó đất bị ô nhiễm được đào lên và trải rộng trên
một mặt phẳng cho đến khi các chất ô nhiễm bị suy thoái.Mục đích là để kích thích
vi sinh vật bản địa và tạo điều kiện thuận lợi cho sự suy thoái hiếu khí các chất gây
ô nhiễm. kỹ thuật này giới hạn trong xử lý lớp đất bề mặt (khoảng: 10-35 cm).
Ưu điểm: - quá trình phá hủy chất ô nhiễm thành dạng không độc trong sản phẩm
cuối
- Hệ thống có thể được che phủ và ngủ yên qua đông là thời gian hoạt động sinh
học xảy ra chủ yếu.
- Cho phép điều chình sự di chuyển của chất ô nhiễm.

- Giá thành của pp này thấp hơn pp khác.
Nhược điểm: Cần có sự quản lý chuyên sâu.
_ Các điều kiện về thời tiết ành hướng tới quá trình, độ sâu bị giới hạn bởi độ sâu
cày.
- sự phát tác chất bây hơi và bụi có thể gây khó chịu hay đe dọa đến sức khỏe con
người., cần kho chứa chất thải, lựa chọn địa điểm , xin cấp phép tốn thời gian.
2.2 composting biopile (đống ủ sinh học).
Là một sự kết hợp của kỹ thuật phơi đất (Land farming) và Ủ phân (composting).
Kỹ thuật này được xây dựng như đống ủ có ga và được sử dụng trong xử lý các
chất nhiễm bẩn bề mặt như hydrocarbon vòng thơm.Biopiles cung cấp một môi
trường thuận lợi cho các hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí bản địa.
Ưu diểm:- hệ thống đơn giản, thiết kế dễ dàng, ứng dụng không bị giới hạn bởi hệ
thống địa chất thủy văn.
- chất ô nhiễm được phân hủy đến sane phẩm cuối cùng không đọc như C02 và
nước.


- Cho phép tiết kiệm không gian trong quá trình sử lý.
- dinh dưỡng , nước vi sinh vật được dẽ dàng thêm vào.
- Điều khiển đơn giản , thiết bị được di trì, giá thành thấp.
Nhược điểm: - Cần không gian tập kết vật liệu.
- Quá trình vận hành yêu cầu kiểm soát chặt chẽ lượng khí thải ra.
- Chất ô nhiễm phải bị phá hủy dễ dang dưới điều kiện yếm khí…
2.3 Kỹ thuật bùn nhão (bio - slurry):
bio - slurry có thể được định nghĩa như là một bể được sử dụng để tạo ra ba pha

(rắn, lỏng, khí), có khuấy trộn để tăng tốc độ xử lý sinh học của các chất gây ô
nhiễm đất.Do việc tạo ra các điều kiện tối ưu dành cho môi trường và tỷ lệ khối
lượng di chuyển cao trong bể, tốc độ xuống cấp của chất gây ô nhiễm là đáng kể.
điều kiện lò phản ứng (pH, mức Nito,khí đi ra, vv ...) phải được theo dõi chặt chẽ