Công nghệ sinh học môi trường
Công nghệ sinh học môi trường tham gia vào các quá trình xử lý nước cấp, nước thải, bùn thải, nước mặn bị ô nhiễm, đất ô nhiễm, khí ô nhiễm và còn có thể dùng như công cụ để điều tra đánh giá ô nhiễm
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI
TRƯỜNG
TS. Lê Phi Nga
TS. Jean-Paul Schwitzguebéls
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
ĐỐI TƯỢNG GIẢNG, MỤC TIÊU, YÊU CẦU
n Bài giảng được sử dụng cho giáo viên lên lớp
n Đối tượng là các học viên cao học chuyên ngành Công
nghệ môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG
Tp HCM
n Mục tiêu: Học viên cần nắm vững các khái niệm, nguyên
lý của các công nghệ sinh học đã được ứng dụng, các
điều kiện ảnh hưởng và yếu tố thành công
n Là môn học tự chọn, yêu cầu học viên đã có những kiến
thức cơ bản về:
- Sinh vật học
- Vi sinh vật môi trường
- Sinh thái môi trường
- Công nghệ môi trường
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
VỊ TRÍ CỦA CNSH-MT TRONG SINH THÁI
Mặt trời
(Naêng löôïng)
Ñoäng vaät aên coû
Ñoäng vaät aên thòt
Thöïc vaät (sinh vaät tieâu thuï)
COÂNG NGHEÄ
SINH HOÏC MOÂI
TRÖÔØNG
Ñaát + Nöôùc
Khoâng Khí (Dinh döôõng)
Caùc loaøi vi sinh,
O2, N2, CO2
ñoäng vaät khoâng
H2O
xöông soáng
(sinh vaät phaân huûy) Tham gia bảo vệ và cải tạo môi
trường, giữ cân bằng sinh thái
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Không khí
Nước
Đất
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
VAI TRÒ CỦA CNSH MT
Chất thải
asia.cnet.com/.../chil
dren_bronze2_sc.jpg
CNSH Môi trường tham gia vào các quá trình xử lý
nước cấp, nước thải, bùn thải, nước mặt bị ô nhiễm,
đất ô nhiễm, khí ô nhiễm và còn có thể dùng như
công cụ để điầu tra đánh giá ô nhiễm
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
KHÁI NIỆM
n “Công nghệ” có thể ứng dụng rộng rãi
n “Sinh học”: sử dụng cơ thể sinh học, một
quá trình sinh học hay một phản ứng sinh
học
n “Môi trường”: giải quyết những vấn đề của
môi trường như điều tra ô nhiễm, cải tạo ô
nhiễm, xử lý chất thải
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CÔNG CỤ SINH HỌC ĐƯỢC SỬ DỤNG
n Vi sinh vật: trong nước, đất
n Thực vật: cạn, bán ngập, ngập nước
n Động vật không xương sống trong
bùn và đất
n Cao phân tử sinh học
-Nucleic acid (DNA, RNA)
- Protein / enzyme
- Lipids
- Polysaccharides
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
ĐỊNH NGHĨA
“ Công nghệ sinh học môi trường là sự kết hợp về mặt nguyên
lý của nhiều ngành khoa học và kỹ thuật để sử dụng những khả
năng sinh hóa to lớn của các vi sinh vật, thực vật hay một phần
cơ thể của những sinh vật này để phục hồi, bảo vệ môi trường
và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên”
EPFL/LEB (Lab for Environmental Biotechnology)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ô nhiễm không khí
Các chất ô nhiễm thường
gặp
• NOx, COx, SOx, C2F4
• Hydrocarbons
• Chất hữu cơ dễ bay hơi
(VOCs) BTEXs, axit…
• Kim loại nặng (Pb..)
• POPs (dioxins/furans, PCBs)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Ô nhiễm đất và nước
Các chất ô nhiễm:
• Hydrocarbons (BTEX, PAHs)
• Hợp chất cơ Clo (PCE, TCE,
PCBs)
• Hợp chất vòng thơm chứa nitơ
(TNT)
• Hợp chất hữu cơ(MTBE)
• Vô cơ (NO3, NH4)
• Kim loại nặng (Cd, Cr, Pl, Zn,
Cu)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30 TIẾT)
• 14 tiết: Xử lý ô nhiễm bằng phương pháp vi sinh (Bioremediation)
v Khái niệm và Nguyên lý
v Kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường nước
v Kỹ thuật xử lý ô nhiễm môi trường đất
• 10 tiết: Xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation)
v Đất và nước ô nhiễm kim loại nặng: nguyên lý, kỹ thuật xử lý
v Đất và nước ô nhiễm chất hữu cơ: nguyên lý, kỹ thuật xử lý
• 6 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (Bioconversion)
v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí
v Công nghệ sinh metan từ nước thải và chất thải rắn Công nghệ
sinh hydro
v Công nghệ tạo etanol từ chất thải chứa carbonhydrat,
cenllulose
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG TRÌNH GIẢNG (30TIẾT)- (tiếp theo)
• 5 tiết: Xử lý chất thải đi kèm tạo sản
phẩm (Bioconversion)
v Nguyên lý xử lý hiếu khí và kị khí
v Công nghệ sinh metan từ nước thải và
chất thải rắn Công nghệ sinh hydro
v Công nghệ tạo etanol từ chất thải
chứa carbonhydrat, cenllulose
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
Xử lý ô nhiễm bằng
phương pháp vi sinh
(BIOREMEDIATION)
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH (BIOREMEDIATION)
Nguyên lý
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH: Sinh lý của vi khuẩn
tế bào vi khuẩn
năng lượng
e- e-
sinh tổng hợp
chất cho chất nhận
điện tử carbon điện tử
N, P,
(nguồn năng (oxy, nitrate,
S, Fe,
lượng)
Vi lượng sulfate, carbonic)
Sinh trưởng của vi sinh vật yêu cầu dinh dưỡng (C,N, P, S) vi lượng và
hô hấp trong đó bao gồm nguồn cho và chất nhận điện tử
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH: Cơ chế “đồng hóa” chất ô nhiễm
tế bào vi khuẩn
năng lượng
e- e-
sinh tổng hợp
Chất ô nhiễm chất nhận điện
là chất cho carbon tử (oxy, nitrate,
điện tử N, P, sulfate,carbonic)
(nguồn năng S, Fe,
lượng) Vi lượng
Chất ô nhiễm là chất cho điện tử
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH: Cơ chế “đồng hóa” chất ô nhiễm
tế bào vi khuẩn
năng lượng
e- e-
sinh tổng hợp
chất cho chất nhận điện
điện tử Chất ô nhiễm N, P, tử (oxy, nitrate,
(nguồn năng = nguồn S, Fe, sulfate,carbonic)
lượng) carbon Vi lượng
Chất ô nhiễm là nguồn carbon
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế sinh lý
tế bào vi khuẩn
năng lượng
e- e-
sinh tổng hợp
chất cho Chất ô nhiễm =
điện tử carbon chất nhận điện
N, P,
(nguồn năng tử (nitrate,
S, Fe,
lượng) Sulfate,carbonic)
Vi lượng
Chất ô nhiễm là chất nhận điện tử
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế trực tiếp
Chất ô nhiễm
Chất ô nhiễm bị biến đổi
năng lượng
e- e-
sinh tổng hợp
chất cho chất nhận
electron electron
(nguồn carbon N, P,
(khí oxygen,
năng S, Fe,
nitrate,
lượng) etc.
sulfate,
khí carbonic)
Chất ô nhiễm không tham gia vào quá trình
trao đổi chất nhưng bị biến đổi bên trong tế
bào vi khuẩn
CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG
XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI
SINH: Biến đổi chất ô nhiễm theo cơ chế gián tiếp
năng lượng
e- e-
sinh tổng hợp
chất cho chất nhận
electron electron
(nguồn carbon N, P,
(khí oxygen,
năng S, Fe,
nitrate,
lượng) etc.
sulfate,
khí carbonic)
Chất ô nhiễm Chất ô nhiễm
bị biến đổi
Sự biến đổi chất ô nhiễm xảy ra hoàn
toàn bên ngoài tế bào vi khuẩn
