SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
1

Luận văn

Chuyển đổi ammonium trong nước thải chăn
nuôi heo bằng việc ứng dụng quá trình Nitrification
và Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation)


bằng việc ứng dụng quá trình Nitrification và Anammox (Anaerobic Ammonium
Oxidation)
3. Nội Dung Nghiên Cứu

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
3
 Khảo sát thành phần và tính chất của bùn thải được lấy từ bể lắng (bùn hiếu
khí) và từ bể kỵ khí (bùn kỵ khí) của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo (Xí
nghiệp heo giống Đông Á, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương)
 Nghiên cứu điều kiện môi trường thích hợp để vi khuẩn Nitrosomonas,
Nitrobacter và Anammox trong bùn thải phát triển tốt.
 Thiết kế, lắp đặt và vận hành mô hình.
 Phân tích các chỉ tiêu N-NH
4
, N-NO
2
, N-NO
3
, COD , P-PO
4
, Fe , PH , SS,
DO ….của nước thải đầu vào và đầu ra.
 Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý trong các điều kiện khác nhau.
 Đề xuất xây dựng công nghệ thích hợp để xử lý ammonium cho ngành chăn
nuôi heo.
4. Phương Pháp Nghiên Cứu
Cách Tiếp Cận
 Nghiên cứu tài liệu liên quan đến hiên trạng xử lý nước thải của các cơ
sở, xí nghiệp chăn nuôi heo ở Việt Nam
 Khảo sát sự biến động về thành phần và tính chất của nước thải chăn

22/KHCNQG, quyết định ngày 19/06/1993 của Ban Giám Đốc Trung tâm Khoa Học
Tự Nhiên và Công Nghệ Quốc Gia đã đuợc Bộ Khoa Học Công Nghệ và Môi Trường
cấp giấy chứng nhận hoạt động Khoa Học Công Nghệ số 260 ngày 30/03/1994
Trụ sở chính của viện được xây dựng tại Thủ Đức và hoàn thành vào cuối năm
1998. Viện có 11 phòng ban, phân viện nghiên cứu tại Đà Lạt có 4 phòng thí nghiệm
chuyên ngành bảo tàng động thực vật Tây Nguyên và đơn vị nghiên cứu triển khai là
Liên Hiệp Khoa Học sản xuất thực nghiệm sinh-hoá
Viện có đội ngũ cán bộ khoa học gồm gần 107 người trong đó có 23 tiến sĩ và
phó tiến sĩ, có 7 giáo sư và phó giáo sư
Viện có nhiệm vụ nghiên cứu, ứng dụng và phát triển các phương pháp sinh học
trong việc tạo và nhân giống cây trồng, vật nuôi và vi sinh vật đồng thời viện cũng có
nhiệm vụ phân tích các chỉ tiêu trong nước thải, nước uống, nước sinh hoạt…
Thời Gian Nghiên Cứu
Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian từ 01/04/2006 đến 01/11/2006.
7. Y Nghĩa Của Đề Tài
Y Nghĩa Khoa Học
 Đây là đề tài mới được nghiên cứu ở Việt Nam trong những năm gần
đây nên có tính khoa học cao nhằm tạo cho những nghiên cứu tiếp theo và khả năng

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
5
ứng dụng kỹ thuật sinh học kỵ khí, hiếu khí với việc sử dụng nhóm vi khuẩn
Nitrosomonas, Nitrobacter và Anammox, để xử lý nước thải có nồng độ ammonium
cao.
 Các thông số công nghệ thu được từ thực nghiệm sẽ tạo cơ sở ban đầu
cho việc thiết kế quy trình công nghệ xử lý ammonium trong nước thải chăn nuôi
heo.
 Việc ứng dụng quá trình Nitrification và Anammox có khả năng xử lý
triệt để nguồn ô nhiễm dạng nitơ trong nước thải, vì sản phẩm cuối cùng của quá
trình là khí nitơ được coi là vô hại đối với hệ sinh thái.

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU TRONG NƯỚC –
TỔNG QUAN CHUNG VỀ NƯỚC THẢI, NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI HEO
Trong thời buổi phát triển nền văn minh nhân loại, nhu cầu về nước ngày càng
tăng, do đó lượng nước thải ra ngày càng nhiều, mức độ ô nhiễm ngày càng trở nên
trầm trọng. Nước thải đưa vào nước bề mặt những thành phần khác nhau, từ trạng
thái tan, hoặc dưới dạng huyền phù, hay nhũ tương cho đến các loại vi khuẩn. Do
tương tác hoá học của các chất đó, và cũng do sự thay đổi pH của môi trường nên các
sản phẩm thứ cấp được hình thành chẳng hạn như quá trình oxy hoá muối Fe
2+
trong
nước thành muối Fe
3+
hydroxyt không tan. Các chất kết tủa và huyền phù trong nước
ngăn cản sự phát triển của các loại vi khuẩn tham gia vào quá trình làm sạch nước.
Các chất huyền phù ngăn cản sự đâm xuyên của ánh sáng mặt trời xuống đáy nước
gây hạn chế quá trình quang hợp của thực vật nhất là những loại rong biển nhờ vào
ánh sáng mặt trời mà tạo được lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá các chất
hữu cơ. Một số chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước có ảnh hưởng độc hại đến sự
phát triển của vi sinh vật, trong đó có cả những hợp chất mang tính axit bazơ vì
chúng làm thay đổi pH trong nước ( 6.8 < pH < 8.0 làm hạn chế sự phát triển của một
số vi khuẩn làm sạch nước)…[14],[15]
Phân tích nước thải là một trong những nhiệm vụ khó khăn và phức tạp nhất của
ngành hoá học phân tích vì nước thải bao hàm nhiều thành phần khác nhau và chứa

vật, động vật có trong nguồn nước, hoặc là do nước mưa lôi theo các chất bẩn
từ trên mặt đất chảy vào nguồn nước.
 Sự nhiễm bẫn nhân tạo chủ yếu là do xả nước sinh hoạt và công nghiệp vào
nguồn nước.
Nguồn nước bị nhiễm bẩn có thể đánh giá bằng các dấu hiệu đặc trưng sau đây.
 Có xuất hiện các chất nổi trên bề mặt nước và các cặn lắng chìm xuống đáy
nguồn.
 Thay đổi tính chất lý học của nước nguồn ( thay đổi pH và hàm lượng của các
chất hữu cơ, vô cơ, xuất hiện các chất độc hại )
 Lượng oxy hoà tan trong nước nguồn do đã tiêu hao để oxy hoá các chất bẩn
hữu cơ vừa mới đưa vào.
 Các vi khuẩn thay đổi về dạng và về số lượng có xuất hiện cả các vi trùng gây
bệnh.

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
8
 Nguồn nhiễm bẩn như đã trình bày có ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng
nguồn vào mục đích cấp nước.
I.2. Thành Phần Nước Thải
Sau khi sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt và công nghiệp nước bị nhiễm bẩn đồng
thời có chứa nhiều vi trùng và các chất độc hại khác. Chúng làm ô nhiễm môi trường.
Vì vậy, nước thải trước khi xả vào sông, hồ ( nguồn nước ) cần phải được xử lý thích
đáng. Mức độ xử lý phụ thuộc vào nồng độ của nước thải: khả năng pha loãng giữa
nước thải và nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh.
Để thiết kế các công trình xử lý nước thải, trước tiên cần phải biết thành phần
của chúng.
Theo trạng thái lý học, các chất bẩn trong nước thải được chia thành 3 nhóm sau
đây:[3]
 Nhóm 1: gồm các chất không tan ở dạng lơ lửng, kích thướt lớn ( những hạt
có đường kính > 10

 Các chất hữu cơ động vật có trong nước thải sinh hoạt gồm: các chất bài tiết
của con người và động vật, cặn bã xác động vật…đặc điểm của chúng là chứa
một hàm lượng lớn nitơ.
 Nhiễm bẩn vi sinh vật và vi sinh là do nhiều loại vi sinh vật và sinh vật tạo
nên: các loại nấm men, nấm mốc, rong tảo nhỏ và vi khuẩn. Trong số đó có cả
vi khuẩn gây bệnh. Thí dụ các tác nhân gây bệnh thương hàn, lỵ…dạng chất
bẩn này đặc trưng nhất cho nước thải sinh hoạt và một vài loại nước thải sinh
hoạt khác (ví dụ nước thải xí nghiệp giết mổ gia súc, nhà máy da) về thành
phần hóa học thì chúng thuộc nhóm các chất bẩn hữu cơ.
Khi xét về thành phần của nước thải cần phải hiểu một khái niệm quan trọng là nồng
độ bẩn của nước thải, đó là hàm lượng chất bẩn chứa trong một đơn vị thể tích được
tính bằng (mg/l).
I.3. Vai Trò Của Ngành Chăn Nuôi Heo.
Trong nông nghiệp, chăn nuôi được khẳng định là một ngành kinh tế quan trọng
trong nền kinh tế quốc dân, nó cung cấp một lượng thịt khá lớn cho con người, đó là
loại thức ăn giàu chất đạm không thể thiếu trong khẩu phần ăn của người dân. Vào
năm 1995, lượng thịt tiêu thụ bình quân của một người dân TPHCM là 21kg/năm,
trong đó lượng thịt heo chiếm 70%. Như vậy, lợi nhuận từ chăn nuôi heo có thể đạt
đến 15-20% của đồng vốn đầu tư. Trong những năm gần đây, nhiều giống heo đã
được tạo giống, du nhập từ nước ngoài để tăng năng suất thịt và đáp ứng nhu cầu
ngày càng tăng của người dân.[14]
Chăn nuôi heo là một trong những nghành quan trọng của Thành Phố Hồ Chí
Minh. Nhiều cơ sở chăn nuôi heo trước đây nằm ở các huyện ngoại thành dân cư
thưa thớt nay đã trở thành những khu đông dân cư thuộc nội thành như Xí Nghiệp
chăn nuôi 19/5 nằm tại phường Linh Xuân quận Thủ Đức, Xí Nghiệp chăn nuôi heo
Gò Sao thuộc ấp 7 Thạnh Xuân quận 12, Xí Nghiệp chăn nuôi heo 3 tháng 2 nằm tại
phường Linh Xuân quận Thủ Đức, Xí Nghiệp chăn nuôi heo gia công quận Phú

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
10

chuyển dịch cơ cấu giảm tỉ lệ trồng trọt, tăng tỉ lệ chăn nuôi nên lượng nước thải thải
vào môi trường sẽ ngày càng tăng.

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
11
Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng nhất, là nguồn nước thải không an toàn do chứa hàm lượng các
hợp chất chất hữu cơ khá cao, nhiều chất xơ và hàm lượng cao các hợp chất nitơ, lưu
huỳnh, trứng giun sán…Nguồn nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực
tiếp phát sinh bệnh cho gia súc đồng thời lây lan một số bệnh cho người do chứa
nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium, Bacillus, Fasciolosis,
Buski, Brucella…[2],[14]
Tuỳ thuộc vào điều kiện chăm sóc (số lựơng nước dùng để làm vệ sinh) và thu
dọn chất thải (có lấy bớt một phần phân heo hay không trước khi làm vệ sinh) của
mỗi cơ sở chăn nuôi mà thành phần nước thải khác nhau và đạt dộ dao dộng rất lớn.
Bảng1: Thành phần (trung bình) của nước thải chăn nuôi heo.
Tuỳ vào từng cơ sở chăn nuôi mà thành phần chất thải có khác nhau, nhưng
thường thì nước thải chăn nuôi heo có hàm lượng chất hữu cơ khá cao: SS:180 –
1248 mg/l; COD: 500 – 3000; BOD: 300 – 2100 mg/l; NH
4
+
: 15- 865mg/l;
Escherichia Coli: 15.10
5
– 68,3.10
7
MPN/ 100ml; Steptococcus Faecalis 3.10
865 6,5-7,7
Đ.H.L.Chi et al. 1997
Đỗ Ngọc Quỳnh.1999
Bùi Xuân An et al. 1999

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
12
Bảng 2: Thành phần lý hoá học của nước thải chăn nuôi heo Xí Nghiệp Khang
Trang, Q.12 -Tp.HCM
Mặc dù nước thải chăn nuôi heo gây ô nhiễm môi trường rất lớn nhưng hầu hết
các cơ sở chăn nuôi lớn nhỏ hiện nay đều chưa có hệ thống xử lý thích hợp và hoạt
động thường xuyên có hiệu quả. Nguyên nhân của việc trên là do ý thức của các nhà
quản lý ở các xí nghiệp chăn nuôi chưa coi việc xử lý nước thải là thật sự cần thiết.
Ngành chăn nuôi là một trong những ngành quan trọng ở nước ta nói chung và ở
thành phố nói riêng vì thế vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi heo là một tất yếu phải
làm nhằm phát triển kinh tế bền vững.
I.5. Một Số Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Heo. [3],[5],[12]
Nước thải chăn nuôi heo thường chứa nhiều tạp chất có bản chất khác nhau, vì
vậy mục đích của công nghệ xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho nước sau
khi xử lý đạt chất lượng cho phép tái sử dụng, có thể sử dụng được cho một mục đích
nhất định sau đó hay thải ra môi trường xung quanh mà không làm ô nhiễm môi
trường. Để đạt được mục đích đó, trong công nghệ xử lý nước thải bao gồm các

Các chất rắn lơ lửng phân tán, các chất keo có kích thước nhỏ hơn 10
-4
mm
không thể tự lắng được hoặc lắng với tốc độ rất chậm có thể được loại bỏ bằng
phương pháp đông tụ và keo tụ
Các chất đông tụ thường dùng là các loại muối nhôm, sắt hay hỗn hợp của
chúng. Ngoài ra, để tăng hiệu suất đông tụ, người ta còn sử dụng thêm các chất trợ
đông tụ. Các chất trợ đông tụ có tác dụng nâng cao tốc độ lắng của các bông keo
đồng thời giảm lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ. Các chất trợ đông tụ có
thể là các polyme tự nhiên như tinh bột, xellulose, dextrin, các polyme tổng hợp như
polyacrylamid, hoặc các chất đông tụ vô cơ như natri, silicat hoạt tính…
I.5.2.2. Tuyển Nổi
Tuyển nổi là phương pháp được sử dụng để tách các tạp chất ở dạng rắn hoặc
lỏng, phân tán không tan, tự lắng kém trong pha lỏng và một số chất hoà tan như các
chất hoạt động bề mặt. Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi là có thể loại bỏ các hạt
nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn. Tuy nhiên, các thiết bị tuyển
nổi có các mao quản dễ bị bẩn, tắc nghẹt và khó lựa chọn các loại vật liệu để có kích
thước mao quản giống nhau để đảm bảo tạo thành các bọt khí có kích thước đồng
nhất.
I.5.2.3. Hấp Phụ
Được sử dụng để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau
khi xử lý sinh học cũng như xử lý sơ bộ khi trong nước thải có một hàm lượng rất
nhỏ các chất không được phân giải bằng con đường sinh học và thường có độc tính
cao như phenol, alkylbenzen, sulfonic acid… Một số chất hấp phụ được sử dụng phổ
biến là than hoạt tính, các nhựa cao phân tử như scavenger là loại nhựa cenion có độ
xốp lớn
I.5.3. Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Hoá Học

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
14

H
y
O
z
N + NH
3
+ O
2
vi sinh vật xCO
2
+ (Y-3)/2 H
2
O + NH
3
+ 4H
+
Phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào
C
x
H
y
O
z
N + NH
3
+ O
2
vi sinh vật C
5
H

visinh vật 2HNO
2
+ O
2
vi sinh vật 2HNO
3
I.5.4.1. Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Lên Men Hiếu Khí
Nguyên lý chung của phương pháp này là các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy
của không khí để phân huỷ các chất hữu cơ thành CO
2
và H
2
O

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
15
Các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ sẽ được chuyển
hoá bằng cách hấp phụ và keo tụ trên bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tiếp đó trong quá
trình trao đổi chất dưới tác dụng của các men nội bào, chất hữu cơ sẽ được phân huỷ
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật hiếu khí có thể được
biểu diễn một cách tổng quát như sau:
Các chất hữu cơ + O
2
vi khuẩn CO
2
+ H
2
O + vi khuẩn
Các chất dinh dưỡng
Hoặc

16
bước 1 ENZIN chủ yếu là các acid CH
3
OH,CO
2Bước 3:
Các chất sau Methanogens CH
4
+ CO
2

bước 2

Bước 1 và 2 có thể xem như là giai đoạn 1 còn bước 3 như là giai đoạn 2
I.5.4.3. Những Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Bằng
Phương Pháp Sinh Học
Trong phương pháp sinh học xử lý nước thải tác nhân là vi sinh học – đó là một
cơ thể sống – do vậy mọi yếu tố ảnh hưởng đến sinh lý của vi sinh vật đều ảnh hưởng
trực tiếp đến hiệu suất xử lý nước thải. Ví dụ ( nhiệt độ, pH, oxy, nồng độ chất, sự
khuấy trộn, lượng vi sinh vật, chất vi lượng, thời gian…)
 Nhiệt độ
Với phương pháp sinh học, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm sạch
nước thải. Nhiệt độ bình thường trong một năm thường có thể thay đổi trong giới hạn
nước thải nhờ vi sinh vật cũng thay đổi theo. Người ta thấy rằng nhiệt độ hạ từ 20
0
C
xuống từ 2 – 5
0

hợp với pH gần với pH thích hợp vi sinh vật nói trên.
 Nồng độ oxy hoà tan
Đặc biệt quan trọng với phương pháp hiếu khí. Tốc độ oxy hoà tan trong
nước thải phải nhỏ hơn tốc độ sử dụng oxy của hệ vi sinh vật trong hệ thống làm
sạch nước thải (với phương pháp hiếu khí).
Oxy cần thiết cho sinh trưởng phát triển của vi sinh vật, giảm lượng oxy sẽ
làm giảm vận tốc sinh trưởng vi sinh vật và giảm vận tốc làm sạch nước thải.
Với nồng độ oxy khoảng 1mg/l không làm biến đổi vận tốc làm sạch,
nhưng nếu khi nồng độ oxy giảm còn 0,5mg/l thì vận tốc làm sạch sẽ giảm.
Trung bình lượng oxy từ 1 – 5 mg/l phù hợp cho quá trình làm sạch hiếu
khí.
 Khuấy trộn dịch nước thải và tác nhân vi sinh vật.
Sự khuấy trộn hỗn hợp dịch thải và tác nhân mang vi sinh vật đều có ảnh
hưởng tốt đến hiệu quả làm sạch nước thải, phân huỷ nhanh chóng các chất nhiễm
bẩn có trong nước. Do tác động khuấy trộn các phần tử được va chạm nhau, tạo
thành các phần tử nhỏ hơn tăng bề mặt tiếp xúc với vi sinh vật, điều đó làm tăng vận
tốc phân huỷ.
 Một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng vi sinh vật.
Ngoài nguồn nguyên liệu cung cấp cacbon, vi sinh vật còn cần Nitơ,
photpho… cho dinh dưỡng của chúng; N và P đều là vật liệu tham gia cấu trúc tế bào
và có vai trò trong trao đổi năng lượng. Không đủ lượng N, P cần thiết thường làm
giảm vận tốc làm sạch – cũng có những loại nước thải có đủ lượng N, P cho vi sinh
vật. Ngoài ra còn cần thêm Mg, K, Na. muối sunfat, Nitratamon, ure, dịch amoniac,
super photphat, Ortophophoric acid…

SVTH:Nguyeón Thanh Huứng
18
Nhng loi nc thi no cú lng N, P quỏ cao cn phi pha loóng nc
thi trc khi x lý vi mc ớch gim nng N, P xung khụng nh hng n
sinh lý bỡnh thng ca vi sinh vt.

19
lượng N-NH
4
cao là nước thải thuỷ sản, nước thải rỉ rác, nước thải chăn nuôi
heo,…[15],[16]
Các hệ thống xử lý nước thải bậc 2 thông thường được thiết kế để loại các chất
hữu cơ ( đánh giá qua các thông số BOD
5
, COD ), và chỉ có hiệu quả loại nitơ một
phần. Do vậy, việc lọai nitơ thường phải được tiến hành ở giai đoạn tiếp theo sau –
tức xử lý bậc cao. Công nghệ sinh học truyền thống để xử lý nitơ lâu nay là dựa vào
sự kết hợp của 2 quá trình: nitrat hóa (nitrification) và khử nitrat (denitrification).
Tuy nhiên, công nghệ xử lý truyền thống này có những hạn chế nhất định và sự cải
tiến công nghệ xử lý nitơ đã được quan tâm từ những thập niên cuối thế kỷ XX.
Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơ mới chưa từng được biết đến trước
đó về cả lý thuyết và thực nghiệm đã được phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí
ammonium (Anaerobic Ammonium Oxidation, viết tắt là Anammox) – trong đó
ammonium được oxy hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất
hữu cơ, để tạo thành nitơ phân tử [20]. Sự phát hiện phản ứng Anammox đã mở ra
các hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với các nước thải có hàm
lượng nitơ cao. Trong vòng 2 thập niên qua, đã bùng nổ các nghiên cứu liên quan
đến anammox và ứng dụng của nó. Trên bình diện lý thuyết, chu trình nitơ tự nhiên
trong sách giáo khoa đã được bổ sung một mắc xích mới, còn trên bình diện công
nghệ, đã có nhà máy xử lý nitơ phi truyền thống được xây dựng và vận hành.
Tham khảo một số tài liệu trong và ngoài nước, nhận thấy rằng ngoài chu trình
biến đổi nitơ thông thường còn có sự biến đổi kỵ khí trong quá trình oxy hóa
ammonium với sự có mặt của một chủng vi sinh vật tự dưỡng (Anammox) đồng thời
nitrate đóng vai trò chất nhận điện tử. Theo vòng chuyển hóa dưới đây: bùn đỏ được
phân lập từ bùn hoạt tính bể kỵ khí của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo (Xí
nghiệp heo giống Đông Á, huyện Dĩ An, Tỉnh Bình Dương). Bùn này có khả năng

2
O
0.5
N
0.15
+ 2.03 H
2
O

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
20

II.2. Tổng Quan Về Tình Hình Nghiên Cứu Ammonium Trên Thế Giới
Quá trình nghiên cứu ammonium trong nước thải đã được nghiên cứu rất nhiều
cả trong và ngoài nước, bằnng nhiều phương pháp khác nhau được thể hiện ở dưới
bảng 3 và 4.[21],[25]
Bảng 3:Anh hưởng của các công nghệ xử lý khác nhau đến các hợp chất Nitơ

Tác động hoặc cộng nghệ
xử lý
Các hợp chất hữu cơ Khử nitơ
tổng số của
toàn bộ quá
trình (%)
Nitơ hữu cơ NH
3
,N-NH
4
N-NO
3

Trao đổi ion với nitrate Nhẹ Nhẹ 75 – 90 %

70 – 90
Tác dụng vật lý

Lọc 30 – 90 % Nhẹ Nhẹ 20 – 40
Đuổi khí 0 60 – 90 % 0 50 – 90
Điện ly 100% 30 – 50 % 30 – 50 %

40 – 50
Bảng 4: Ưu và khuyết điểm của các công nghệ xử lý khác nhau đến ammonium

Công nghệ xử lý ammonium

Ưu điểm Khuyết điểm
Tác dụng vật lý Công nghệ đơn giản (cổ điển) Hiệu suất không cao
Công nghệ hóa học Hiệu suất cao Chi phí vận hành
cao, gây ô nhiễm thư
cấp
Công nghệ sinh học
Hiếu khí và thiếu khí Diện tích nhỏ Chi phí ban đầu cao,
tốn năng lượng
Ao thực vật thủy sinh Công nghệ đơn giản (cổ điển) Diện tích lớn, phải
chon lọc hệ thực vật
thủy sinh
Kỵ khí Diện tích rất nhỏ, chi phí đầu
tư thấp, hiệu suất cao
Nhóm vi khuẩn phát
triển chậm


2
) thì chứng tỏ nước
đã bị ô nhiễm một thới gian dài hơn vì muối ammonium đã bị oxy hóa thành nitrite
Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrate (NO
3
) thì chứng tỏ quá
trình phân hủy đã kết thúc. Tuy vậy các nitrate chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, khi ở
điều kiện thiếu khí hoặc kỵ khí các nitrate dễ bị khử thành N
2
O, NO và nitơ phân tử
tách khỏi nước bay vào không khí. Nếu nitrate ở trong nước cao có thể gây độc đối
với người (vì khi vào cơ thể, với điều kiện thích hợp ở đường tiêu hóa, nitrate sẽ biến

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
22
thành nitrite chất này sẽ kết hợp với hồng cầu thành chất không vận chuyển oxy, gây
bệnh thiếu máu)
Ammoniac(NH
3
) trong nước tồn tại ở dạng NH
3
và NH
4
+
(NH
4
OH, NH
4
NO
3

làm cho rong tảo dẽ phát triển gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sinh hoạt và
nuôi trồng thủy sản.
Bản thân nitrate không phải là chất có độ tính, nhưng ở trong cơ thể nó bị
chuyển hóa thành nitrite (NO
2
) rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành các
hợp chất nitrozo là chất có khả năng gây ung thư.
Hàm lượng nitrate (NO
3
) trong nước cao, nếu uống phải sẽ gây bệnh thiếu máu,
làm trẻ xanh xao (bệnh methaemoglobinaemia, blue baby) do chức năng của
haemoglobin bị giảm. Nguyên nhân làm giảm chức năng của haemoglobin là do
lượng nitrate tăng trong cơ thể.
Theo quy định của WHO, nitrate có trong nước uống không quá 10mg/l (tính
theo N) hoặc 45mg/l (tính theo NO
3
) [16],[19]
II.3. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Xử Lý Nitơ Truyền Thống
Các hệ thống xử lý nitơ truyền thống dựa trên sự kết hợp 2 giai đoạn nitrat hóa
(nitrification) và denitrat hóa (denitrification).[20],[22]

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
23
II.3.1. Quá Trình Nitrate Hóa
Ở giai đoạn nitrat hóa, Ammonium trong nước thải được oxi hóa đến nitrat qua
2 bước nitrit hóa (nitritation) và oxy hóa nitrit (nitratation). Đây là giai đoạn xảy ra
trong điều kiện hiếu khí. Các phản ứng được mô tả như sau:
2NH
4
+

+ H
2
O (3)
Nếu tính đến sự đồng hóa nitơ cho sinh trưởng tế bào vi khuẩn, phản ứng tổng
thể của giai đoạn nitrat hóa được viết [27]
NH
4
+
+ 1.83 O
2
+ 1.98 HCO
3
-
0.021 C
5
H
7
NO
2
+ 0.98 NO
3
-

+ 1.041 H
2
O + 1.88 H
2
CO
3
(4)

phân tử. Phát triển ở nước ngọt, không cần sử dụng các chất sinh trưởng hữu cơ.
 Chi Nitrosococcus : tế bào hình cầu, gram âm, di động hoặc không di động, đứng
riêng rẽ, thành đôi hay thành bốn tế bào, tự dưỡng hóa năng bắt buộc. Phát triển ở
nước ngọt hay ở nước mặn giàu ammonium và muối vô cơ, không cần sử dụng các

SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng
24
chất sinh trưởng hữu cơ. biên độ nhiệt độ phát triển được là 2 – 30
o
C, pH thích hợp
là 6.0 – 8.0. Lượng chứa G+X trong AND là vào khoảng 50.5 - 51.0% phân tử
 Chi Nitrosolobus : tế bào đa hình thái, có khi có thùy, phân cắt theo phương pháp
co thắt lại, gram âm, di động, chu mao, tế bào bị ngăn cách ra do sự lõm vào của
màng nguyên sinh chất, di động, chu mao, tự dưỡng hóa năng bắt buộc, hiếu khí bắt
buộc, không cần chất sinh trưởng hữu cơ. biên độ nhiệt độ phát triển được là 15 –
30
o
C, pH thích hợp là 6.0 – 8.2. Lượng chứa G+X trong AND là vào khoảng 53.6 -
55.1% phân tử
Tương tự, các NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria) liên quan trong phản ứng (2)
chủ yếu là vi khuẩn thuộc chi Nitrobacter, và một số chi khác như Nitrococcus, và
Nitrospira được phát hiện thêm sau này (Suwa et al., 1994; Schramm et al., 1998;).
 Chi Nitrobacter : tế bào hình que ngắn thường có hình cái nêm hay hình quả lê,
sinh sản theo kiểu nẩy chồi, có thể có những lớp màng tế bào chất bao bọc một đầu
trông như hình cái mũ len. Thường không di động, gram âm.
Một số tự dưỡng hóa năng bắt buộc, một số có thể dị dưỡng, hiếu khí bắt
buộc. Giới hạn nhiệt độ phát triển được là 5 – 40
o
C, pH thích hợp là 6.5 – 8.5. Lượng
chứa G+X trong AND là vào khoảng 60.7 - 61.7% phân tử

Nitrosomonas
Phương trình sau đây mô tả sự tăng trưởng theo Monod

)2.7)()()((
)15(098.0
2
pHe
DOK
DO
NK
N
T
ON
NN
Max






Trong đó :
Tốc độ tăng trưởng, riêng (ngày
-1
)
Tốc độ tăng trưởng cực đại (ngày
-1
)
N=[NH
4

hóa, Nitrosomonas hiện diện với số lượng lớn hơn nhiều so với Nitrobacter.
Quá trình nitrate hóa thích hợp với nước thải đầu ra của các công trình xử lý
sinh học có BOD thấp và nồng độ ammonium cao. Quá trình tăng trưởng hiếu khí lơ
lửng là thích hợp nhất cho sự nitrate hóa nước thải đầu ra. Sự nitrate hóa xẩy ra trong
bể hiếu khí( thời gian lưu nước là h) và bùn chứa lượng lớn vi khuẩn nitrate hóa được
tuần hoàn để duy trì hoạt tính nitrate hóa cao.
II.3.1.2. Các Điều Kiện Tối Ưu Cho Quá Trình Nitrate Hóa
 Khoảng pH cho phép, (95% nitrate hóa) 7.2 – 8.4
 Nhiệt độ cho phép (95% nitrate hóa ),
o
C 15 - 35
 Nhiệt độ tối ưu
o
C, (ước tính) 30