Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Tốc độ đô thị hóa ở Việt Nam trong thời gian gần đây diễn ra rất nhanh chóng
cùng với sự phát triển của công nghiệp. Tỉ lệ dân số vì thế cũng tăng theo cùng với
tốc độ đô thị hóa, kết quả là nước thải từ các thành phố, khu dân cư tập trung, khu
công nghiệp cũng không ngừng gia tăng với khối lượng lớn. Đối với nhiều loại nước
thải có hàm lượng các chất dinh dưỡng như Nitơ, phospho cao, việc xử lý để loại ra
các thành phần này trước khi xả ra môi trường là một yêu cầu quan trọng, nhằm hạn
chế sự ô nhiễm nước ngầm, nước mặt.
Cùng với nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất trong các nhà máy, xí nghiệp
cũng chứa nhiều loại hợp chất phức tạp (vô cơ, hữu cơ). Một trong các dạng hợp chất
gây nên sự ô nhiễm nước phải kể đến là các hợp chất chứa Nitơ. Nếu hàm lượng Nitơ
có trong nước xả ra sông, hồ cao quá mức sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa kích
thích sự bùng nổ nhanh chóng của rong, rêu, tảo làm bẩn nguồn nước và cạn kiện
oxy hòa tan, đe dọa hệ sinh thái nước. Bởi vậy, Nitơ là yếu tố cần phải được loại bỏ.
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý Nitơ gồm phương pháp hóa học, phương
pháp hóa lý và phương pháp sinh học. Trong các phương pháp trên, việc áp dụng các
quá trình sinh học để xử lý nước thải có chứa hợp chất Nitơ là vấn đề cần được chú ý
và đẩy mạnh hơn nữa. Đây là phương pháp dùng vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn để
phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy nhằm tạo ra các sản phẩm có lợi như carbonic,
nước và các chất vô cơ khác, do vậy là phương pháp tiết kiệm chi phí và thân thiện
với môi trường.
Trong thực tế các phương pháp sinh học để loại bỏ Nitơ đã và đang áp dụng tại
một số hệ thống xử lý nước thải, nhưng các tài liệu có liên quan còn rời rạc, tản mạn,
chưa được nghiên cứu nhiều, tài liệu còn rời rạc chưa sắp xếp lại thành hệ thống có
tính logic chặt chẽ. Đó cũng là lý do để đề tài “tìm hiểu một vài quá trình sinh học
loại bỏ Nitơ trong nước thải” ra đời.
SVTH: Võ Chí Tâm 1 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
Nguyên tố Nitơ là thành phần luôn có mặt trong cơ thể động, thực vật sống và
trong thành phần các hợp chất tham gia quá trình sinh hóa. Đồng thời nó cũng tồn tại
ở nhiều hợp chất vô cơ, hữu cơ trong các sản phẩm công nghiệp và tự nhiên.
Nguyên tố Nitơ có thể tồn tại ở bảy trạng thái hóa trị, từ dạng khử (N
-3
) là
amoniac đến dạng oxy hóa (N
+5
) là nitrat. Bảng 2.1. ghi các trạng thái hóa trị của
nguyên tố nitơ và hợp chất hóa học đại diện cho trạng thái hóa trị đó.
Bảng 2.1 Trạng thái hóa trị của nguyên tố nitơ trong hợp chất hóa học
Trong môi trương nước tự nhiên không bị ô nhiễm, các hợp chất amoniac, hợp
chất hữu cơ chứa Nitơ, dạng khí, nitrat và nitrit có nồng độ không đáng kể. Tuy vậy
chúng là nguồn Nitơ cho phần lớn sinh vật đất và nước. Vi sinh vật sử dụng nguồn
Nitơ kể trên vào tổng hợp axit amin, protein, tế bào và chuyển hóa năng lượng.
Trong các quá trình đó, hợp chất Nitơ thay đổi hóa trị và chuyển hóa thành các hợp
chất hóa học khác.
Nguồn phát thải hợp chất Nitơ vào môi trường rất phong phú: từ các chất thải rắn,
khí thải, nước thải nhưng quan trọng nhất là từ phân và chất bài tiết trong nước thải
sinh hoạt.
2.2. nguồn gốc của các hợp chất chứa Nitơ trong nước thải
2.2.1. Nguồn nước thải sinh hoạt
SVTH: Võ Chí Tâm 3 MSSV: 0811110072
Hợp chất Công thức hóa học Hớa trị
Amoni/amoniac NH
4
+
/NH
3
-3
thành amoni/amoniac. Trong các bể phốt xảy ra các quá trình phân hủy yếm khí các
chất thải, làm giảm lượng carbon hữu cơ nhưng không làm giảm hợp chất Nitơ đáng
kể. Chỉ một phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật. Hàm lượng hợp chất
Nitơ trong nước thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân hủy
yếm khí.
Trong nước thải sinh hoạt, nitrate và nitrite có hàm lượng rất thấp do nồng độ
oxy hòa tan và mật độ vi sinh tự dưỡng thấp. Thành phần amoni chiếm 60 – 80%
hàm lượng Nitơ tổng trong nước thải sinh hoạt.
Nồng độ hợp chất Nitơ trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng
nguồn thải: mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch vụ công
công, thời tiết, khí hậu trong vùng, tập quán ăn uống sinh hoạt…
Bảng 2.3 Sau đây thể hiện các đặc trưng ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt bao
gồm cả ô nhiễm bởi các hợp chất chứa Nitơ.
Bảng 2.2. Các đặc trưng ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt
SVTH: Võ Chí Tâm 4 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
Thành phần Đơn vị
Nồng độ
Khoảng Đặc trưng
Chất rắn mg/l 350 – 12000 700
Cặn không tan mg/l 100 – 350 210
BOD mg/l 110 – 400 210
COD mg/l 250 – 1000 500
Nitơ tổng (N) mg/l 20 – 85 35
NH
3
-N mg/l 12 – 50 22
(Nguồn: XL nước thải giàu hợp chất N và P, Lê Văn Cát, 2007)
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu trung bình các hợp chất Nitơ trong nước thải sinh hoạt
2.2.2. Nguồn nước thải công nghiệp
Quá trình sản xuất một số loại hóa chất, phân bón, sợi tổng hợp thải ra lượng
khá lớn hợp chất hữu cơ chứa Nitơ, các hợp chất này dễ bị thủy phân trong môi
trường và tạo ra amoniac.
Bảng 2.4. Nồng độ đặc trưng ô nhiễm N tổng thường tìm thấy trong một số loại nước
thải công nghiệp.
Nguồn Nồng độ Nitơ tổng (mg/l)
- Giết mổ
115
- Chế biến thịt
76
- Chế biến
+ Cá da trơn
+ Cua
+ Tôm
+ Cá
33
94
215
30
- Chế biến rau, quả, đồ uống
4
- Chế biến tinh bột
21
- Rượu vang
40
- Hóa chất, phân bón
+ NH
3
-N
+ NO
các thành phần dinh dưỡng trong phân khác nhau. Nồng độ hợp chất hữu cơ tăng dần
theo thời gian lưu nước thải do lượng chất thải hữu cơ có khả năng sinh hủy rất lớn ,
trong thời gian lưu giữ chúng bị phân hủy yếm khí tạo ra metan và khí carbonic trong
khi hợp chất Nitơ hầu như không bị biến động, trong khi đó các vi sinh vật bị chết
cũng tiếp tục phân hủy tạo ra hợp chất Nitơ.
Các kết quả đánh giá cho thấy, thủy động vật chỉ hấp thu được khoảng 25 –
40% lượng Nitơ trong thức ăn tổng hợp. Do hiệu quả hấp thu Nitơ từ thức ăn không
cao, phần còn dư nằm trong nước nuôi với hàm lượng khoảng 360mg/m
2
/ngày. Phân
tôm cá, thức ăn thừa và chất bài tiết cũng làm tăng nồng độ hợp chất Nitơ trong nước
nuôi, nhất là khi phân và thức ăn thừa không được thu gom và tách ra khỏi nguồn
nước nuôi kịp thời.
Hợp chất Nitơ nhanh chóng bị thủy phân thành amoniac và được tảo hấp thu
(hàm lượng protein thô trong tảo khô chiếm khoảng 50%, tương ứng với 8% N). Tảo
là nguồn thức ăn trực tiếp cho vật nuôi và của loài động vật phù du (nhỏ), mà động
vật phù du là thức ăn của loài cá. Khi hệ sinh thái trên ổn định thì mức độ ô nhiễm
trong hồ không lớn.
2.2.4. Nước rác
SVTH: Võ Chí Tâm 7 MSSV: 0811110072
CO
2
(NH
2
)
2
+ H
2
O CO
2
Sự có mặt của Nitơ trong nước thải có thể gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ
sinh thái và sức khoẻ cộng đồng. Khi trong nước thải có nhiều Amoniac có thể gây
độc cho cá và hệ động vật thuỷ sinh, làm giảm lượng oxy hoà tan trong nước. Khi
hàm lượng Nitơ trong nước cao có thể gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận làm nước có
SVTH: Võ Chí Tâm 8 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
màu và mùi khó chịu đặc biệt là lượng oxy hoà tan trong nước giảm mạnh gây ngạt
cho cá và hệ sinh vật trong hồ.
Khi xử lý Nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất Nitơ đi vào trong chuỗi
thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm. Nitrate tạo chứng
thiếu Vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo thành các hợp chất nitrosamin là
nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrate
lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa. Khi vào cơ thể, nitrate chuyển hóa
thành nitrite nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion nitrite còn nguy hiểm hơn nitrate đối với
sức khỏe con người. Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể
người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa Nitơ gây ung thư. Trong cơ thể
nitrite có thể oxy hoá sắt II ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượng oxy
trong máu dẫn đến ngạt, buồn nôn, thậm chí nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong.
2.3.2. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường
Nitơ trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh
dưỡng. Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu,
tảo dẫn đến thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá
hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước như
NH
4
+
, H
2
S, CO
2
+
, NO
2
-
,
NO
3
-
.
Nitơ dạng khí có được chủ yếu là sự khuếch tán từ ngoài không khí vào hay còn
có thể được hình thành trong quá trình phản nitrate hóa. Các dạng hợp chất vô cơ hòa
tan có được là do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, Nitơ lắng đọng dưới dạng
albumine và dưới tác dụng của vi sinh vật, đạm albumine sẽ tiếp tục phân hủy thành
ammoniac (NH
3
) và sau đó ammoniac sẽ hòa tan vào nước tạo ra NH
4
+
. Sau đó, NH
3
và ion NH
4
+
sẽ biến đổi thành dạng nitrite (NO
2
-
) và nitrate (NO
3
-
) nhờ hoạt động của
Bài tiết
Nitrate hóa
Sinh trưởng
Sinh trưởng
Mảnh vụn
Sông, suối, nước mưa, nước thải có
chứa Nitrate và Ammoniac
N
2
O
NO
3
NO
2
NH
4
Bùn đáy
NO
2
yếm khí
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
Hình 3.1. Chu trình Nitơ trong nước
Quá trình amon hóa các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ trong môi trường nước diễn
ra tương đối mạnh mẽ trong cả điều kiện hiếu khí lẫn kỵ khí. Trong điều kiện hiếu
khí, các hợp chất hữu cơ được chuyển hóa hoàn toàn thành các hợp chất vô cơ, giúp
làm sạch môi trường nước. Trong điều kiện kỵ khí, các axit amin không được vô cơ
hóa hoàn toàn, bên cạnh NH
3
và CO
2
oxy hóa các chất hữu cơ bằng oxy của không khí, còn trong điều kiện kỵ khí, chúng
tiến hành oxy hóa các hợp chất hữu cơ bằng con đường khử hydro để chuyển hydro
cho nitrate và nitrite. Quá trình này không có lợi vì nó làm mất Nitơ trong thủy vực
và tạo thành các chất độc đối với thủy sinh vật như NH
3
, NO
2
-
. Trong đa số sinh
cảnh, vi sinh chỉ có thể khử nitrate thành nitrite, chứ không có thể khử tiếp thành các
dạng hợp chất khác. Do đó, ở đâu có quá trình phản nitrate hóa xảy ra mạnh thì ở đó
có nhiều nitrite.
Trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định Nitơ phân tử được thực hiện bởi
các loài vi khuẩn Azotobacter như: Azotobacter Agile và Azotobacter chroococcum.
Ở sông, hồ thì hầu như gặp chúng ở mọi nơi. Tại phần lắng đọng yếm khí, quá trình
cố định Nitơ phân tử được thực hiện bởi giống Clostridium như Clostridium
pateurianum. Gần đây, người ta đã xác định ngoài các loài thuộc giống Azotobacter
và Clostridium thì còn có một số loài vi khuẩn khác cũng có khả năng đồng hóa Nitơ
phân tử bao gồm cả vi khuẩn quang tự dưỡng lẫn dị dưỡng. Tuy nhiên, hiệu quả gắn
kết Nitơ thấp hơn do số lượng của những vi khuẩn này là quá ít để đồng hóa một
lượng Nitơ đáng kể. Chúng chỉ có vai trò ở những phần lắng đọng yếm khí, còn
trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định Nitơ phân tử được thực hiện chủ yếu
bởi các loài tảo xanh thuộc giống Nostoc, Phormidium, Calothrix, bởi vì các giống
tảo này thường rất nhiều trong các thủy vực.
SVTH: Võ Chí Tâm 13 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
3.2. Các quá trình sinh học chuyển hóa các hợp chất chứa Nitơ được ứng dụng
để xử lý nước và nước thải
3.2.1. Quá trình amon hóa
Là quá trình phân hủy chuyển hóa các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ trong điều
enzyme protease bao gồm proteinase và peptidase. Enzyme protease xúc tác quá
trình thuỷ phân liên kết liên kết peptide (-CO-NH-)
n
trong phân tử protein,
polypeptide tạo sản phẩm là acid amin.
Dưới tác dụng của enzyme proteinase, phân tử protein sẽ được phân giải
thành các polypeptide và oligopeptide. Sau đó dưới tác dụng của enzym
SVTH: Võ Chí Tâm 14 MSSV: 0811110072
CO(NH
2
)
2
+ 2H
2
O (NH
4
)
2
CO
3
(giai đoạn 1)
(NH
4
)
2
CO
3
2NH
3
+ CO
R – CO – COOH + NH
3
R – CH(NH
2
)COOH + O
2
R – COOH + CO
2
+ NH
3
R – CH(NH
2
)COOH +H
2
O R – CO – COOH +NH
3
+ 2H
Một số axit amin bị deamin hóa bởi VSV nhờ enzym deaminase, một trong
những sản phẩm cuối cùng là amon. Nhiều vi sinh vật có khả năng amon hóa protein.
Trong nhóm vi khuẩn có Bacillus mycoides, Bacillus mesentericus, Bacillus subtilis,
Pseudomona fluorescens, Clostridium sporogenes Xạ khuẩn có Streptomtces
rimosus, Stretomyces griseus
3.2.2. Quá trình nitrate hóa
Quá trình nitrate hoá là quá trình oxy hoá sinh hoá Nitơ các muối amon, đầu
tiên thành nitrite và sau đó thành nitrate dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong
điều kiện thích ứng.
Vi khuẩn tham gia quá trình nitrate hóa gồm hai nhóm:
Vi khuẩn nitrite oxy hóa amoniac thành nitrite (giai đoạn 1).
Vi khuẩn nitrate oxy hóa nitrite thành nitrate (giai đoạn 2).
Các phản ứng được biểu diễn qua các phương trình sau:
Là giai đoạn oxy hóa NH
4
+
tạo thành NO
2
-
được tiến hành bởi các vi khuẩn
nitrite hóa thuộc nhóm tự dưỡng hóa năng, có khả năng oxy hóa NH
4
+
bằng oxy
không khí và tạo ra năng lượng.
Năng lượng để đồng hóa CO
2
tạo ra carbon hữu cơ. Enzym xúc tác cho quá
trình này là các enzym của quá trình hô hấp hiếu khí. Nhóm vi sinh vật nitrite hóa
bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrosomonas, Nitrozocystis, Nitrozolobus,
Nitrosospira, chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên
môi trường có chất hữu cơ.
3.2.2.2. Giai đoạn nitrate hóa
NO
2
-
tạo ra tiếp tục được oxy hóa thành NO
3
-
bởi nhóm vi khuẩn nitrate hóa.
Đây cũng là các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng, thực hiện phản ứng oxy hóa nitrite để
cung cấp năng lượng cho quá trình đồng hóa.
Nhóm vi khuẩn nitrate gồm 3 chi khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira,
+ Năng lượng
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
Vi sinh vật thực hiện quá trình khử trên có tên chung là Denitrifier. Phần lớn
loại vi sinh vật trên thuộc loại tùy nghi với nghĩa là chúng sử dụng oxy hoặc nitrate,
nitrite làm chất oxy hóa để sản xuất ra năng lượng.
Quá trình khử nitrate thường được nhận dạng là khử nitrate yếm khí, tuy nhiên
diễn biến quá trình sinh hóa không phải là quá trình hô hấp yếm khí mà nó giống quá
trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy, vi sinh vật sử dụng nitrate, nitrite
làm chất oxy hóa. Vì vậy thực chất quá trình khử nitrate xảy ra trong điều kiện thiếu
khí (anoxic).
Để khử nitrate, vi sinh vật cần có chất khử, chất khử có thể là chất hữu cơ hoặc
chất vô cơ như H
2
, S, Fe
2+
. Phần lớn vi sinh vật nhóm Denitrifier thuộc loại dị
dưỡng, sử dụng nguồn carbon để xây dựng tế bào (ngoài phần sử dụng cho phản ứng
nitrate). Quá trình khử nitrate xảy ra theo bốn bậc liên tiếp nhau với mức độ giảm
hóa trị của nguyên tố Nitơ từ +5, về +3, +2, +1 và 0:
Quá trình amon hóa nitrate do một số vi khuẩn dị dưỡng tiến hành trong điều
kiện hiếu khí có chức năng cung cấp NH
4
+
cho tế bào vi khuẩn để tổng hợp axit
amin. Tuy nhiên quá trình amon hóa nitrate không có ý nghĩa về diện môi trường, do
hàm lượng N trong nước hầu như không đổi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng
khác.
Phản ứng khử NO
3
-
2
-
NO NH
2
OH NH
3
NO
3
-
NO
2
-
NO N
2
O N
2
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
3.2.4. Quá trình oxy hóa kỵ khí amoni (Anammox)
Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa N mới chưa từng được biết đến trước
đó, về cả lý thuyết lẫn thực nghiệm đã được phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ
khí Ammonium (Anaerobic Ammonia Oxidation, viết tắt là Anammox) trong đó
ammonium được oxy hóa bởi nitrite trong điều kiện kỵ khí, không cần sự cung cấp
chất hữu cơ, để tạo thành phân tử.
Theo kết quả nghiên cứu, sự tồn tại của các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng có
khả năng oxy hóa amoni bởi nitrate, nitrite và thậm chí về mặt năng lượng còn dễ
xảy ra hơn sự oxy hóa bởi oxy phân tử.
Trên cơ sở phát hiện vi khuẩn và phản ứng Anammox, chu trình chuyển hóa
Nitơ tự nhiên có trong sách giáo khoa từ lâu đã được bổ sung một mắt xích mới. Các
nghiên cứu từ cuối thập niên 1990 đã làm rõ nhiều khía cạnh của Anammox về mặt
hóa sinh học, vi sinh học, sinh học phân tử,…
+
0.066CH
2
O
0.5
N
0.15
+ 2.03 H
2
O (A-c)
NH
4
+
+ NO
2
-
N
2
+ 2H
2
O (A-a)
NH
4
+
+ ½ O
2
NO
2
-
+ 2H
pháp mẻ liên tục (SBR). Kết quả cho thấy vi khuẩn đã được đặt tên là Candidatus
Brocadia anammoxidans.
Năm 2000, 2001, 2002 trên cơ sở nghiên cứu, các vi khuẩn Anammox phát
hiện được ở hệ thống xử lý RBC ở Stuttgart (Đức), sau Thụy Sĩ và Bỉ, được xác định
là mới (độ tương tự dưới 90% so với Brocadia anammoxidans) và được đặc tên là
Candidatus Kuenenia stuttgartiensis.
Các loài Anammox khác đã được phát hiện từ đĩa quay sinh học nitrate hóa tại
một nhà máy xử lý nước thải ở Pitsea (Anh) và đã được đặt tên là Candidatus
“Scalindua brodae”, Candidatus “Scalindua wagneri”.
Một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn Anammox bao gồm nó có thể hoạt động trong
khoảng nhiệt độ từ 20 – 43
0
C (tối ưu ở 40
0
C), pH 6.6 – 8.3 (tối ưu ở pH 8.0). Ở điều
kiện tối ưu, tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng cực đại là 55 mol NH
4
+
-N/g protein/min.
Tuy nhiên, vi khuẩn Anammox sinh trưởng rất chậm (thời gian thế hệ hơn 10 ngày).
3.2.5. Quá trình đồng hóa Nitơ ở thực vật nước
Thực vật nuôi trồng trong hệ ngập nước có tác dụng xử lý nước thải và là nguồn
sinh khối có khả năng tận dụng cho một số mục đích khác nhau. Hệ ngập nước có thể
phân thành các dạng chính là: nguồn nước nuôi trồng thực vật nổi và thực vật chìm
trong nước, loại thực vật nửa nổi nửa chìm (rể bám trong thân và lá nằm trong nước
và không khí).
Tác dụng xử lý dinh dưỡng của các vùng ngập nước là: hấp thu do thủy thực
vật, hoạt động vi sinh vật, một số phản ứng hóa học. Các cơ chế trên xử lý dinh
dưỡng từ nước thải trên tác động tương tác lẫn nhau và xảy ra đồng thời trong hệ
SVTH: Võ Chí Tâm 19 MSSV: 0811110072
Bảng 3.2. Khả năng hấp thu Nitơ của một số loài thủy thực vật nổi trong mùa hè
SVTH: Võ Chí Tâm 20 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
Địa phương Loại thực vật
Tốc độ hấp thu của Nitơ
(g. m
2
/ngày)
Florida USA Bèo tây 1,30
Florida USA Rau diếp nước 0,99
Florida USA Đồng tiền nước 0,37
USA Bèo tấm 1,67
Ấn Độ Bèo tấm 0,5
Bangladesh Bèo tấm 0,26
(Nguồn: XL nước thải giàu hợp chất N và P, Lê Văn Cát, 2007)
Thành phần của nước thải cũng ảnh hưởng đến năng suất cây trồng và hàm
lượng protein trong sản phẩm.
Bảng 3.3. Sản lượng bèo tấm sinh trưởng trong các loại nước thải
Loài Môi trường nước
Sản lượng (tấn
khô/ha/năm)
Protein thô (%)
S. polyrrhiza Nước thải sinh hoạt
17 – 32 _
L. minor Nước sau xử lý yếm khí
10,7 28,9
L. gibba Nước cống sau tiền xử lý
55 30
L. gibba Nước thải sinh hoạt
10,9 – 54,8 30 – 40
Xử lý hợp chất nitơ: ngoài khả năng hấp thu hợp chất Nitơ của thực vật,
các quá trình có liên quan đến tách loại hợp chất Nitơ gồm: nitrate hóa,
khử nitrate và bay hơi amoniac vào khí quyển. Nitrat hóa xảy ra trong ao
hồ nuôi thực vật, phụ thuộc vào mật độ của chúng, các điều kiện khác
(oxy, độ kiềm) là yếu tố ít bị hạn chế. Nhìn chung, mật độ vi sinh tự dưỡng
trong điều kiện bình thường không cao. Quá trình khử nitrat xảy ra chỉ
trong điều kiện thiếu oxy. Cũng trong điều kiện thiếu oxy, quá trình lên
men yếm khí là nguồn cạnh tranh chất hữu cơ với các quá trình khử
nitrate.
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ CÁC
SVTH: Võ Chí Tâm 22 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
HỢP CHẤT CHỨA NITƠ TRONG NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI
4.1. Một số ứng dụng của quá trình nitrat hóa để xử lý Nitơ trong nước và nước
thải
Phần lớn các nguồn nước thải đều chứa đồng thời hợp chất hữu cơ và hợp chất
Nitơ. Khi xử lý hiếu khí (oxy hóa) xảy ra đồng thời hai quá trình oxy hóa độc lập của
vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng với các điều kiện khác nhau nhưng đều có nhu cầu
sử dụng oxy cho các phản ứng sinh hóa, ngoài phần nhu cầu dinh dưỡng khá giống
nhau của hai loại vi sinh trên thì dạng carbon sử dụng làm cơ chất là khác nhau.
Ngoài điều kiện phát triển khác nhau thì tốc độ hay hiệu quả xử lý của hai loại vi
sinh trên cũng rất khác nhau.
Bảng 4.1. Đặc trưng cơ bản của quá trình xử lý BOD và amoni
Đặc trưng
Vi sinh dị
dưỡng
Vi sinh tự
dưỡng
Tiêu thụ oxy (g/gBOD hoặc NH
vi sinh vật Nitrifer với tỉ lệ cao thấp khác nhau phụ thuộc vào tỉ lệ BOD/N tổng của
nước thải.
SVTH: Võ Chí Tâm 23 MSSV: 0811110072
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths. Võ Hồng THi
Thực tế thấy rằng, khi tỉ lệ BOD/N tổng > 5 thì có thể oxy hóa đồng thời cả BOD
và amoni. Đây cũng là trường hợp thường gặp của các loại nước thải giàu Nitơ như
nước thải sinh hoạt, nước thải chế biến thủy hải sản….Sơ đồ oxy hóa đồng thời BOD
và Amoni theo nguyên tắc chung như sau:
Hình 4.1. Sơ đồ oxy hóa đồng thời BOD và Amoni
4.1.1. Bể Aerotank kết hợp Nitrat hóa
Các kỹ thuật phản ứng theo phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng có thể sử dụng
để oxy hóa amoni gồm: dòng lý tưởng, trộn đều các biến hình công nghệ của kỹ
thuật mương oxy hóa. Hệ thống nitrate hóa phải được thiết kế sao cho thời gian lưu
đủ để các vi khuẩn nitrate hóa có thể tăng trưởng. Các vi khuẩn dị dưỡng cũng đóng
vai trò quan trọng trong việc hạn chế cung cấp oxy các vi khuẩn nitrate hóa, đặc biệt
là trong hệ thống tăng trưởng bám dính. Sau khi cạnh tranh với các vi khuẩn dị
dưỡng, tốc độ nitrate hóa sẽ bị giới hạn do nồng độ NH
4
+
sẵn có trong hệ thống.
Nhiệt độ, pH và các chất ức chế hóa học cũng đóng vai trò quan trọng trong quá
trình.
Các yếu tố ảnh hưởng tới oxy hóa amoni trong kỹ thuật một giai đoạn bao gồm:
nồng độ amoni, nitrite, tỉ lệ BOD/N tổng, nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, pH và các
chất ức chế.
• Nồng độ amoni và nitrite: có tác động trực tiếp đến tốc độ phát triển
của vi sinh Nitrifier, mức độ tác động của chúng được đánh giá thông qua
phương trình động học Monod và độc tính đối với si sinh vật. Tốc độ oxy hóa
nitrate thành nitrite nhanh hơn tốc độ oxy hóa amoni thành nitrite (trong phần
SVTH: Võ Chí Tâm 24 MSSV: 0811110072
các chất ức chế hữu cơ và vô cơ.
4.1.2. Bể lọc sinh học kết hợp Nitrate hóa
Bể lọc nhỏ giọt bao gồm cả oxy hóa amoni cũng dựa trên cơ sở giống như
trường hợp xử lý BOD. Điểm khác biệt quan trọng nhất là mức độ chịu tải thấp hơn
nhiều. Mức độ chịu tải chất hữu cơ thấp đồng nghĩa với thời gian lưu tế bào cao. Để
đạt được hiệu xuất oxy hóa amoni 75 – 80% tải lượng hữu cơ có thể áp dụng là:
• Sử dụng vật liệu đá sỏi: 0,8 – 1,3 kgBOD/m
3
.ngày
• Sử dụng vật liệu nhựa: 1,5 – 2,3 kgBOD/m
3
.ngày
Muốn tăng hiệu quả nitrate hóa lên 85 – 90%, tải lượng hữu cơ cần phải được
giảm tiếp tới 0,4 – 0,8 cho trường hợp đầu và 0,8 – 1,5kg BOD cho trường hợp sau.
SVTH: Võ Chí Tâm 25 MSSV: 0811110072
Copyright: Tài liệu đại học ©