xử lý ammonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp nitrification và anammox

Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
1. Đặt Vấn Đề
Trong các ngành công nghiệp, trong đó có ngành chăn nuôi hàng năm tiêu
thụ một lượng nước rất lớn. Từ đó thải ra một lượng nước thải rất lớn có nồng độ
ammonium khá cao. Việc xả bỏ N - ammonium vào môi trường là một trong
những nguyên nhân chính gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, dẫn
đến ô nhiễm và mất cân bằng sinh thái. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng các quá
trình khử ammonium trong các loại nước thải giàu nitơ mang một ý nghóa thực
tiễn cao.
nước ta, công tác xử lý nước thải thường chỉ chú trọng đến việc loại bỏ
COD, BOD mà chưa quan tâm đúng mức đối với chỉ tiêu ô nhiễm ammonium. Tại
TP. Hồ Chí Minh chỉ có một số ít các cơ sở, xí nghiệp chăn nuôi có trang bò hệ
thống xử lý nước thải và hầu hết là thải bỏ ra các kênh rạch, sông suối
Khám phá các loại vi sinh vật mới nhằm tìm ra các phương pháp mới để khử
ammonium trong nước thải từ lâu đã được nghiên cứu trên thế giới. Ứng dụng quá
trình Nitrification –Anammox để xử lý nước thải công nghiệp đang là đề tài hấp
dẫn các nhà sinh vật học và môi trường học. Ở Việt Nam, ngành công nghệ môi
trường tuy vẫn còn non trẻ, nhưng với sự quan tâm đặc biệt của nhà nước nên
trong những năm gần đây đã có những tiến bộ đáng kể trong công tác nghiên cứu
và ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào công nghệ xử lý nước thải bảo vệ
môi trường.
Chính vì những lý do trên mà việc nghiên cứu ứng dụng quá trình
Nitrification – Anammox, là quá trình khử ammonium bằng vi sinh vật hiếu khí-
kỵ khí trong nước thải ngành chăn nuôi để cho sản phẩm cuối cùng là khí nitơ,
một loại khí được xem như vô hại đối với môi trường, sẽ mở ra một hướng đi mới
không những mang ý nghóa về mặt khoa học, hơn thế nữa nó còn phù hợp với
quan điểm phát triển bền vững hiện nay, đó là tăng trưởng kinh tế phải đi đôi với
bảo vệ môi trường.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương

2. Mục Tiêu Nghiên Cứu
Nghiên cứu quá trình chuyển đổi ammonium trong nước thải chăn nuôi heo
bằng việc ứng dụng quá trình Nitrification và Anammox (Anaerobic Ammonium
Oxidation)
3. Nội Dung Nghiên Cứu
 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 Dó 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 nuôi heo.

 Nghiên cứu tài liệu liên quan đến cơ sở lý thuyết và cơ sở thưc tiễn
của quá trình Nitrification và Anammox trong và ngoài nước.
Phương Pháp Nghiên Cứu
 Tạo sự thích nghi cho các vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter và
Anammox trong môi trường chứa bùn thải.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
 Xây dựng mô hình, vận hành ở các điệu kiện khác nhau.
 Phân tích các chỉ tiêu hóa lý trong phòng thí nghiệm theo TCVN của
nước thải đầu vào và đầu ra nhằm ổn đònh các thông số.
 Từ các thông số đưa ra quy trình xử lý thích hợp.
5. Giới Hạn Đề Tài
 Các thí nghiệm và vận hành mô hình Pilot với quy mô 200 – 500 lít/ngày
và thiết bò phản ứng ghép SHARON – ANAMMOX được thực hiện tại Viện Sinh
Học Nhiệt Đới Thành Phố Hồ Chí Minh.
 Nước thải được lấy từ Xí nghiệp heo giống Đông Á, huyện Dó An, tỉnh
Bình Dương.
 Nội dung tập trung vào việc ứng dụng quá trình Nitrification và Anammox
để khử ammonium trong nước thải Xí nghiệp heo giống Đông Á. Từ đó đề xuất
dây chuyền công nghệ thích hợp để khử ammonium trong nước thải chăn nuôi
heo.
6. Đòa Điểm - Thời Gian Nghiên Cứu
Đòa Điểm
Đề tài này được thực hiện tại Phòng Công Nghệ Biến Đổi Sinh Học và Môi
Trường thuộc Viện Sinh Học Nhiệt Đới (Khu Thực Nghiệm Khoa Học và Công
Nghệ Thủ Đức)
Giới Thiệu Viện Sinh Học Nhiệt Đới
Viện Sinh Học Nhiệt Đới được thành lập theo Nghò đònh 24/CP của Thủ
Tướng Chính Phủ Nùc CHXHCN Việt Nam ngày 25/05/1993 và quyết đònh số

22/KHCNQG, quyết đònh ngày 19/06/1993 của Ban Giám Đốc Trung tâm Khoa
Học Tự Nhiên và Công Nghệ Quốc Gia đã đïc Bộ Khoa Học Công Nghệ và Môi
Trường cấp giấy chứng nhận hoạt động Khoa Học Công Nghệ số 260 ngày
30/03/1994
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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 vò 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 só và
phó tiến só, 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. Nghóa Của Đề Tài
Nghóa 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 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.
Ý Nghóa Thực Tiễn
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
 Sự thành công của đề tài mở ra khả năng ứng dụng trong xử lý
nguồn nước thải giàu ammonium hiệu quả và tiết kiệm
 Vì quá trình diễn ra trong điều kiện sục khí có giới hạn nên giảm
tiêu hao năng lượng một cách đáng kể. Mặt khác không cần phải thêm chất dinh
dưỡng nên có thể tiết kiệm lượng hóa chất lớn
 Sản phẩn cuối cùng của quá trình là khí nitơ không độc hại với môi
trường
Tính Mới Của Đề Tài
 Xác đònh được khả năng ứng dụng của quá trình Nitrification và
Anammox để khử ammonium trong nước thải chăn nuôi heo
 Xác đònh được khả năng áp dụng vào công nghệ xử lý nước thải
chăn nuôi heo bằng ứng dụng phản ứng ghép SHARON – ANAMMOX.
8. Tính Thực Tế Của Đề Tài
Đề tài nghiên cứu này có tính ứng dụng rất cao vì trong nước thải ở một số
ngành có nồng độ ammonium cao như: nước thải chăn nuôi heo, nước thải ở các
nhà máy chế biến mủ cao su, nước rỉ rác, nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản….
9. Nhu Cầu Kính Tế Xã Hội
Phương pháp này ít tốn kém nhưng có hiệu quả xử lý cao hơn so với những
phương pháp xử lý hiện nay.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
CH ƯƠ NG 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 hàm lượng từ thấp đến cao. Một trong những đặc tính của nước thải gây
khó khăn trong phân tích là tính không bền do tương tác hoá học phức tạp giữa
các hợp phần bò biến đổi không ngừng. Do đó trong quá trình phân tích phải thực
hiện nhiều lần, chọn các phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc cao, và phải có
đầu óc phán đoán các thao tác các quá trình xảy ra để thu được kết quả chính xác.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
6
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương

Sau đây là một số chất thải có mặt trong nước thải của một số ngành sản
xuất công nghiệp.[1]
 Đồ da: canxi, hydrosunfua, natrisunfua, crom, kẽm.
 Đồ gốm: bari, cadimi, liti, mangan…
 Nhà máy sơn: bari, clorat, cadimi, coban, chì, kẽm, amoni, xút, các chất
axit, các chất hữu cơ…
 Thuốc trừ sâu: đồng, bari, asen, silicflo, clo, một số chất độc hữu cơ.
 Hoá dầu: các acid, kim loại, clorua, sunfat, các chất hữu cơ…
 Công nghiệp chăn nuôi: vi sinh, các hợp chất hữu cơ, các vi trùng, COD,
NO
3
-
, NO
-
2
, NH
+
4
…
I.1. Sự Nhiễm Bẩn Nguồn Nước
Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể xảy ra bằng hai cách: sự nhiễm bẩn tự
nhiên và sự nhiễm bẩn nhân tạo. [3],[8]
 Sự nhiễm bẩn tự nhiên là do quá trình phát triển và chết đi của các loài
thực 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 bò 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.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
 Các vi khuẩn thay đổi về dạng và về số lượng có xuất hiện cả các vi trùng
gây bệnh.
 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 bò 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
-1
mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương, bot ( những hạt
có đường kính từ 10
-1
đến 10
-4
mm)

 Nhóm 2: gồm các chất không tan ở dạng keo ( những hạt có kích thướt từ
10
-4
đến 10
-6
mm)
 Nhóm 3 : gồm các chất hòa tan ở dạng hạt phân tử. Những hạt này có
đường kính < 10
-6
mm. Chúng không tạo thành pha riêng biệt và hệ trở
thành hệ một pha hay còn gọi là dung dòch thật.
Theo bản chất của mình, các chất bẩn trong nước bao gồm: các chất bẩn hữu cơ,
vô cơ, vi sinh vật và sinh vật.[11]
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
8
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
 Các chất bẩn vô cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm 42%, gồm có cát, các
hạt đất sét, xỉ quặng, các muối khoáng, các acid vô cơ, kiềm vô cơ, các dầu
khoáng…
 Các chất bẩn hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chứa 58% gồm các chất hữu
cơ thực vật và hữu cơ động vật.
 Các chất hữu cơ thực vật có trong nước thải sinh hoạt gồm: cặn bã thực vật,
rau hoa quả, giấy…nguyên tố hoá học chính của dạng chất bẩn này là
cacbon.
 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 vò thể
tích được tính bằng (mg/l).
I.3. Vai Trò Của Ngành Chăn Nuôi Heo.
Trong nông nghiệp, chăn nuôi được khẳng đònh là một ngành kinh tế quan
trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó cung cấp một lượng thòt 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 thòt tiêu thụ bình quân của một người dân
TPHCM là 21kg/năm, trong đó lượng thòt heo chiếm 70%. Như vậy, lợi nhuận từ
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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
thòt 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 Nhuận, xí nghiệp chăn nuôi đồng hiệp nằm tại quận thủ đức. Mỗi
xí nghiệp đều nuôi trên 2.000 heo, mỗi ngày thải ra từ 100 đến 300 m
3
nước
thải .Trong những năm tới để phát triển bền vững sản xuất và không làm ô nhiễm
môi trường, Thành Phố Hồ Chí Minh đã có chủ trương đưa các cơ sở chăn nuôi

hiện nay ra các huyện Củ Chi, Hốc Môn, Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ.
Bên cạnh đó, chăn nuôi được khuyến khích phát triển và tạo điều kiện nâng
cao tỉ trọng chăn nuôi công nghiệp, thực hiện tốt di dời các cơ sở chăn nuôi gây ô
nhiễm, kết hợp với bố trí lại, di chuyển các trại chăn nuôi ra vùng nông nghiệp ổn
đònh lâu dài, kết hợp với công nghiệp hoá, hiện đại hoá các khâu sản xuất giống,
chuồng trại, thức ăn gia súc, xử lý nước thải…
Sau năm 2000, các cơ sở chăn nuôi công nghiệp được xây dựng chủ yếu ở
Củ Chi và một số vùng nông thôn ở Hóc Môn, Bình Chánh, Thủ Đức, Nhà Bè,
Cần Giơ …(tuỳ đối tượng nuôi và hạn chế tối đa ở các khu dân cư tập trung, vùng
đô thò hoá) và đạt mục tiêu phấn đấu giai đoạn 2000-2010 sẽ cung cấp sản phẩm
chăn nuôi cho khoảng 6 triệu người (hiện ngành chăn nuôi chỉ đáp ứng được 21-
37% nhu cầu thòt cho thành phố).
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
I.4. Sự Ô Nhiễm Nước Thải Chăn Nuôi Heo
Các đơn vò chăn nuôi công nghiệp hiện nay của TP.HCM phần lớn nằm
trong vùng phát triển đô thò và khu công nghiệp, đang dần bộc lộ rõ các nhược
điểm về mặt bằng hạn hẹp, không đảm bảo vệ sinh thú y theo quy đònh của pháp
lệnh thú y về mặt không gian và nhất là không có điều kiện xử lý trước khi thải
vào môi trường mà được đổ ra kênh rạch, sông ngòi, đất đai xung quanh làm ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng. (Nội thành TP.HCM đang có nhiều xí nghòêp
chăn nuôi heo quy mô trung bình khoảng trên dưới 2000 đầu heo mỗi xí nghiệp,
nước thải trong quá trình chăn nuôi thải ra môi trường mỗi ngày từ 100 - 300m
3
/xí
nghiệp). Do đònh hướng chuyển dòch cơ cấu giảm tỉ lệ trồng trọt, tăng tỉ lệ chăn
nuôi nên lượng nước thải thải vào môi trường sẽ ngày càng tăng.
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.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
11
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
SS
(mg/l)
COD
(mg/l)
BOD
5
(mg/l)
NH
4
+
(mg/l)
pH Tài liệu
300 -1500 1000-4000 700-2100 865 6,5-7,7
Đ.H.L.Chi et al. 1997
Đỗ Ngọc Quỳnh.1999
Bùi Xuân An et al. 1999
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
2
–
3,5.10
3
MPN/ 100ml; Clostridium Perfringens: 50 – 160 tế bào/ 100ml. Kết quả
phân tích nước rửa chuồng heo của Xí Nghiệp chăn nuôi heo Khang Trang được
ghi nhận ở bảng 2
Bảng 2: Thành phần lý hoá học của nước thải chăn nuôi heo Xí Nghiệp Khang
Trang, Q.12 -Tp.HCM
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
Tác nhân ô nhiễm Thành phần trung bình (mg/l)
TS
Cặn lơ lửng (SS)
Cặn hòa tan
BOD
5
COD
Tổng N
Tổng P
3.082

1.248
1.815
1.950
3.400
450
47
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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 đònh 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 phương pháp cơ bản sau.
I.5.1. Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Cơ Học
Nước thải thường chứa các chất tan hay không tan ở dạng lơ lửng. Để tách
các hạt này ra khỏi nước thải, người ta có thể sử dụng các phương pháp cơ học
như lọc qua song chắn rác, lưới chắn rác, các loại bể lắng, lọc cát và ly tâm. Tuỳ
vào kích thước hạt, tính chất hoá - lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước và mức
độ làm sạch cần thiết mà người ta lựa chọn phương pháp thích hợp
I.5.2. Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Hoá - Lý
I.5.2.1. Đông Tụ Và Keo Tụ

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
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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 bò tuyển nổi có các mao quản dễ bò 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

Đặc trưng là phương pháp oxy-hoá khử
Trong công nghệ xử lý nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hoá
như Clo dạng khí hoặc hoá lỏng, Kali-permanganat, H
2
O
2
, Ozon… để làm sạch
nước thải
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
Làm sạch nước thải bằng phương pháp khử được ứng dụng trong các trường
hợp nước thải chứa các hợp chất dễ bò khử. Đặc biệt phương pháp này được sử
dụng rộng rãi để tách các hợp chất thuỷ ngân, crom…ra khỏi nước thải
I.5.4. Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Sinh Học
Phương pháp này thường được dùng để loại các chất phân tán nhỏ, chất keo
và các chất hữu cơ hoà tan (đôi khi có cả một số hợp chất vô cơ) khỏi nước thải.
Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào hoạt động sống của các loài vi sinh
vật có khả năng phân huỷ, phá gãy các mạch phân tử của các chất hữu cơ có
mạch cacbon lớn thành các phân tử có mạch cacbon đơn giản hơn nhiều và cuối
cùng là tạo CO
2
(hiếu khí) hoặc CH
4
+CO
2
(yếm khí). Các vi sinh vật, vi khuẩn,
tảo, rong rêu là các chất xúc tác sống. Chúng giúp cho một số quá trình xảy ra
trong nước, các phản ứng có sự tham gia của các hợp chất hữu cơ và các quá trình
oxy hoá-khử xảy ra qua trung gian là vi khuẩn

Các phương trình tổng quát của quá trình oxy hoá sinh hoá nhờ các vi sinh
vật ở điếu kiện hiếu khí:
C
x
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
7
NO
2
+ CO
2
+ 4H
+
Khi trong môi trường thiếu chất dinh dưỡng vi sinh vật tiến hành sự tự oxy hoá
các chất liệu tế bào
C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2
vi sinh vật 5CO
2
+ NH
3
+ 2H
2
O + 4H
+
NH

3
+ 2O
2
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:Nguyễn Thanh Hùng
15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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
Các chất hữu cơ + O
2
vi khuẩn sản phẩm của + sản phẩm
Các chất dinh dưỡng quá trình oxy hoá đã được tổng hợp
I.5.4.2. Xử Lý Bằng Phương Pháp Lên Men Yếm Khí
Phương pháp xử lý yếm khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật yếm khí (ví
dụ như loài vi khuẩn Metbanogens phân huỷ các chất hữu cơ ở điều kiện không có
không khí thành khí metan) để phân huỷ các hợp chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí
gồm 2 giai đoạn chính
• Giai đoạn 1: (giai đoạn thuỷ phân) dưới tác dụng của men do vi sinh vật tiết
ra, các hợp chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bò thuỷ phân: các cacbon hydrat
phức tạp sẽ thành đường đơn giản, protit sẽ thành peptit phân tử thấp và axit
amin, mỡ sẽ thành glycerin và axit béo
• Giai đoạn 2: (giai đoạn tạo khí) sản phẩm của quá trình thuỷ phân sẽ tiếp tục
bò phân huỷ và tạo sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các loại khí chủ yếu là CO
2
và
CH
4
, ngoài ra còn một ít muối khoáng. Tốc độ và mức độ phân huỷ yếm khí của
các chất hữu cơ phụ thuộc vào bản chất hoá học của chúng
Quá trình phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ được chia ra làm 3 bước như sau:
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
16
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
Bước 1:

Chất có khối thuỷ phân phân tử thích hợp cho vi sinh
lượng phân tử lớn ENZIN sử dụng và xây dựng tế bào
Bước 2:
Các chất sau Acidozens các chất có phân tử lượng thấp
bước 1 ENZIN chủ yếu là các acid CH
3
OH,CO
2
Bước 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
C đến 25 – 35

0
C, theo sự biến đổi của nhiệt độ, hiệu
suất làm sạch 6
0
C sẽ dẫn đến giảm tốc độ làm sạch nước thải xuống 2 lần.
Ngược lại nếu tăng nhiệt độ từ 20
0
C đến 37
0
C thì tốc độ làm sạch nước
thải tăng từ 2 – 3 lần. Tăng nhiệt độ, không những tăng vận tốc phân huỷ chất mà
đồng thời giảm độ hòa tan của oxy trong nước, do vậy đối với quá trình làm sạch
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
nước thải theo phương pháp hiếu khí cần tăng cường quá trình làm thoáng khí(sục
không khí nhiều hơn). Trong trường hợp giảm nhiệt độ thì ngược lại.
Thông thường đối với vi sinh vật, nhiệt độ phù hợp khoảng từ 20 – 30
0
C
(hay còn gọi là nhiệt độ ấm).
 pH
Nhìn chung các loại vi khuẩn thích hợp trong môi trường trung hoà hay
acid yếu.
Tốt nhất chúng ta cần giữ pH toàn hệ thống dòch làm sạch nước thải cho
vi sinh vật trong vùng pH 5,5 – 8,5 tăng hay giảm pH so với mức này đều làm
giảm hiệu quả làm sạch nước.
Trong thực tế, trong quá trình làm sạch, không cần điều chỉnh pH, vì
sinh vật có khả năng tự điều chỉnh pH cho phù hợp với sinh lý của chúng; ta có
thể có hỗn 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 dòch nước thải và tác nhân vi sinh vật.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
Sự khuấy trộn hỗn hợp dòch 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, dòch
amoniac, super photphat, Ortophophoric acid…
Những loại nước thải nào có lượng N, P quá cao cần phải pha loãng
nước thải trước khi xử lý với mục đích giảm nồng độ N, P xuống để không ảnh
hưởng đến sinh lý bình thường của vi sinh vật.
I.5.5. Xử Lý Nước Thải Qua Bể UASB (Bể Bùn Hoạt Tính)

Trong bể UASB, dòng nước thải hướng đi qua lớp bùn bao gồm các hạt hình
thành từ quá trình sinh học. Quá trình xử lý diễn ra khi nước thải chảy với sự tiếp
xúc với các hạt bùn lơ lửng, các loại khí tạo ra sẽ giúp hình thành và ổn đònh các
hạt sinh học đồng thời làm cho chúng nổi lên trên mặt nước, giải phóng khí vào
khoang chứa khí phía bên trên bể còn dòch lỏng, nước thải chứa một ít chất lơ
lửng và các hạt sinh học sẽ qua ngăn lắng, quay trở lại hệ màng rồi rơi xuống lớp
bùn và dòng nước qua cột được đưa ra ngoài vào bình chứa sau đó cho qua xử lý
hiếu khí và thiếu khí
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI –
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ SINH HỌC LOẠI NITƠ TRONG
NƯỚC THẢI, NITRIFICATION VÀ ANAMMOX.
II.1. Mở Đầu
Đối với nhiều loại nước thải có chứa hàm lượng các chất dinh dưỡng (N, P)
trung bình và cao, việc xử lý loại các thành phần này trước khi xả thải là một nhu
cầu quan trọng, nhằm hạn chế sự ô nhiễm nước ngầm, nước mặt. Nguy cơ tác
động lớn nhất khi thải nước thải giàu N, P vào các vực nước mặt là hiện tượng
phú dưỡng (eutrophication). Hậu quả của phú dưỡng là kích thích sự phát triển
mạnh các loài tảo, làm phá vỡ chuỗi thức ăn ổn đònh của các hệ sinh thái thủy
vực nguồn nhận, gây ô nhiễm nước (tạo ra mùi tanh, làm suy giảm oxy hòa tan ở
giai đoạn suy tàn…) và bồi cạn các vực nước này. Đối với nitơ, tiêu chuẩn thải của
Việt Nam TCVN 5945-1995 quy đònh giới hạn nồng độ tổng nitơ trong nước thải
được phép thải vào các vực nước cho các mục đích sử dụng khác nhau từ 30-60
mg/l; còn trên giới hạn 60 mg/l thì không được phép thải vào môi trường. Các loại
nước thải thường chứa hàm 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 đònh và sự cải tiến công nghệ xử lý nitơ đã được quan tâm từ những thập
niên cuối thế kỷ XX.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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 Dó An, Tỉnh Bình Dương). Bùn này

có khả năng làm giảm nồng độ N-NH
4
và N-NO
2
và cho ra N
2
và N-NO
3
trong
điều kiện kỵ khí không cần ánh sáng. Theo phương trính Van de Graaf et al.,1995
và Strous et al., 1997 đã đưa ra với cơ chế sẽ trình bày dưới đây
NH
4
+
+ 1.32 NO
2
-
+ 0.66HCO
3
-
+ 0.13 H
+
1.02N
2
+ 0.26 NO
3
-
+
0.066CH
2

O
0.5
N
0.15
+ 2.03 H
2
O
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]
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
21
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
Bảng 3:nh 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
Công nghệ sinh học
Trong vi khuẩn đồng hóa 0 40 – 70 %
Phản nitrate 0 0

Thu hoạch tảo NH
3
, N-NH
4
Tế bào Tế bào
Nitrate hóa Giới hạn N-NO
3
0
Ao oxy hóa NH
3
, N-NH
4
Một ít do khí
đẩy
Nitrite và
denitrite
20 – 90
Công nghệ hóa học
Khử bằng chlor Không chắc
chắn
90 – 100 % 0 80 – 95
Hấp phụ bằng cacbon 30 – 50 % Ít Ít 10 – 20
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
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
Ammonium được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng các quá
trình trên chỉ xử lý ammonium ở tải trọng trung bình. Còn với công nghệ mới
(Anammox) thì quá trình xử lý đơn giản hơn, ít tốn năng lượng.
II.2.1. Tác Hại Của Việc Xả Bỏ Ammonium Vào Môi Trường [1],[2],[20]
Ammonium và muối ammonium là độc tố đối với cá, với nồng độ rất nhỏ từ
1.2 – 2 ppm cũng có thể làm chết cá. Nồng độ ammonium trong nước nuôi cá
phải nhỏ hơn 1.2 ppm. Cá có thể chòu được nồng độ urê cao 1600 ppm. Nhưng
trong điều kiện kỵ khí đối với nồng độ urê nhỏ lại độc đối với cá và vi sinh vật vì
ở điều kiện đó urê phân hủy thành ammoniac và khí cacbonic tự do. Các amin
cũng gây độc tố đối với các loài thủy sinh và còn làm tăng nhu cầu oxy và clo. Vì
thế đối với nguồn có nồng độ amin và nitơ dạng ammonium cao thì trong xử lý
nước cần lượng clo lớn và thời gian tiếp xúc khử trùng phải lâu hơn.

Các hợp chất photphat và nitơ có trong nước với nồng độ cao gây nên hiện
tượng phú dưỡng trong các sông, hồ. Hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước là
hiện tượng các loại rong tảo trong nước phát triển quá mức do có sự dư thừa về
chất dinh dưỡng, mà cụ thể đó là các hợp chất của nitơ và photpho. Khi các loài
rong tảo ấy phát triển mạnh sẽ dẫn đến sự bao phủ mặt nước làm cho các loài
sinh vật biển khác thiếu không khí dẫn đến ngộ độc. Mặt khác chúng hô hấp vào
ban ngày cũng gây nên sự thiếu hụt oxy. Các loại sinh vật nhạy cảm với oxy sẽ bò
chết và dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái
Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất nitơ hưu cơ, ammonium hoặc NH
4
OH ,
thì chứng tỏ nước mới bò ô nhiễm. NH
3
sẽ gây độc đối với cá và các sinh vật khác
trong nước
Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrite (NO
2
) thì chứng tỏ
nước đã bò ô nhiễm một thới gian dài hơn vì muối ammonium đã bò oxy hóa thành
nitrite
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
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 bò 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 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
,
(NH
4
)
2
SO
4
… ) tùy thuộc vào pH của nước vì nó là một bazơ yếu . NH
3
hoặc NH
4
+
có trong nước cùng với photphat thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước. Tính độc

của ammoniac cao hơn ion ammonium. Với nồng độ 0.01 mg/l NH
3
đã gây độc
cho cá qua đường máu: nồng độ từ 0.2 – 0.5 mg/l đã gây độc cấp tính.
Trong nước mặt tự nhiên, vùng không ô nhiễm có hàm lượng ammonium nhỏ
hơn 0.05 ppm; trong nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm và một số
ngành công nghiệp khác có hàm lượng ammonium từ 10 đến vài trăm mg/l.
Hà Lan quy đònh hàm lượng ammonium trong nước mặt trên 5 mg/l là
nước ô nhiễm nặng. FAO quy đònh cho nước nuôi cá có nồng độ ammonium
không vượt quá 0.2 mg/l đối với cá Salmonid ( cá hồi) và 0.8 mg/l đối với họ cá
Cyprinid (cá chép)
Nitrate (NO
3
) là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các hợp chất
hữu cơ chứa N có trong chất thải của người, động vật và thực vật.
Trong nước tự nhiên nồng độ nitrate thường nhỏ hơn 5 mg/l: vùng bò ô
nhiễm do chất thải hoặc phân bón hóa học thì hàm lượng nitrate trong nước trên
10 mg/l, làm cho rong tảo dẽ phát triển gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước
sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản.
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
24
Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS.TSKH. Ngô Kế Sương
Bản thân nitrate không phải là chất có độ tính, nhưng ở trong cơ thể nó bò
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 bò giảm. Nguyên nhân làm giảm chức năng của haemoglobin là
do lượng nitrate tăng trong cơ thể.
Theo quy đònh 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]
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
+
+ 3O
2
2NO
2
-
+ 4H
+
+ 2H
2
O (1)
2NO
2
-

+ O
2
2NO
3
-
(2)
NH
4
+
+ 2O
2
NO
3
-
+ 2H
+
+ 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)
Vi sinh vật đóng vai trò trong phản ứng (1), thường gọi là các AOB
(Ammonium Oxidizing Bacteria), được biết chủ yếu là các vi khuẩn thuộc chi
Nitrosomonas và một số chi khác như Nitrosococcus, Nitrosospria, Nitrosolobus
SVTH:Nguyễn Thanh Hùng
25