Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải thủy sản bằng phương pháp bãi lọc trồng cây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ ĐÌNH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC
THẢI THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÃI
LỌC TRỒNG CÂY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012
1

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VŨ ĐÌNH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI THỦY
SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÃI LỌC TRỒNG CÂY

Chuyên ngành: Hóa mơi trường
Mã số: 604441
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Tuấn Anh
Cơ quan: Đại học Quốc gia Hà Nội

Hà Nội – 2012
2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Hiện trạng ô nhiễm và sự cần thiết phải xử lý các hợp chất Nitơ trong
nƣớc......................................................................................................................3
1.1.1. Tình hình ơ nhiễm các nguồn nước hiện nay..........................................3
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất nitơ trong nước...................................5
1.1.3. Nguyên nhân..............................................................................................6
1.1.4. Tác hại của các hợp chất chưa nitơ đối với cơ thể con người.................7
1.1.5. Nguồn gây ô nhiễm amoni........................................................................8
1.1.5.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự nhiên.....................................................8
1.1.5.2. Nguồn gốc gây ô nhiễm do con người.....................................................8
1.2. Khái quát chung về một số phƣơng pháp tách loại amoni......................9
1.3. Phƣơng pháp sinh học xử lý amoni..........................................................10
1.3.1. Phương pháp sinh học xử lý amoni........................................................10
1.3.1.1. Q trình Nitrat hóa..............................................................................10
1.3.1.2. Q trình đề nitrat hóa..........................................................................12
1.3.2. Q trình Anammox................................................................................13
1.4. Xử lý nƣớc thải bằng bãi lọc trồng cây ngập nƣớc.................................26
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới...............................27

1.4.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................27
1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước..........................................................29
1.4.2. Các ưu nhược điểm chính của bãi lọc trồng cây....................................29
1.4.2.1. Ưu điểm..................................................................................................29
1.4.2.2. Nhược điểm............................................................................................29
1.4.3. Cấu tạo của bãi lọc trồng cây[13] ..........................................................30
1.4.4. Các loại bãi lọc trồng cây xử lý nước thải..............................................30
3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.4.4.1. Bãi lọc trồng cây ngập nước..................................................................31
1.4.4.2. Bãi lọc ngầm trồng cây [13] .................................................................31
1.4.5. Cơ chế các quá trình xử lý trong bãi lọc trồng cây [5] .........................33
1.4.5.1. Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học......................33
1.4.5.2. Loại bỏ các chất rắn..............................................................................34
1.4.5.3. Loại bỏ Nitơ...........................................................................................34
1.4.5.4. Loại bỏ photpho.....................................................................................35
1.4.5.5. Loại bỏ kim loại nặng..........................................................................35
1.4.5.6. Loại bỏ các hợp chất hữu cơ.................................................................35
1.4.5.7. Loại bỏ vi khuẩn và virus.......................................................................36

CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................37
2.2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................37
2.3. Thiết kế.......................................................................................................37
2.4. Vận hành.....................................................................................................40
2.5. Phƣơng pháp phân tích [3] ......................................................................40
2.5.1. Xác định hàm lượng amoni bằng phương pháp so màu với thuốc thử

Nessler................................................................................................................40
2.5.1.1. Nguyên tắc.............................................................................................40
2.5.1.2. Tiến hành phân tích...............................................................................41
2.5.2. Xác định hàm lượng Nitrit (NO2-) trong nước bằng phương pháp so
màu với thuốc thử Griss....................................................................................41
2.5.2.1. Nguyên tắc.............................................................................................41
2.5.2.2. Tiến hành phân tích...............................................................................42
2.5.3. Xác định nitrat (NO3-) trong nước bằng phương pháp so màu với thuốc
thử phenolđisunfonic.........................................................................................42
2.5.3.1. Nguyên tắc.............................................................................................42
2.5.3.2. Tiến hành phân tích...............................................................................43
2.5.4. Xác định hàm lượng phốt pho bằng phương pháp đo quang với thuốc
4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


thử Amonimolipdat – vanadat...........................................................................43
2.5.4.1. Nguyên tắc.............................................................................................43
2.5.4.2. Tiến hành phân tích...............................................................................44
2.5.5. Phương pháp xác định COD bằng kalibicromat....................................44
2.5.5.1. Nguyên tắc.............................................................................................44
2.5.5.2. Cách tiến hành.......................................................................................45
2.5.6. Phân tích vi sinh vật................................................................................46
2.5.6.1. Lấy mẫu phân tích VSV.........................................................................46
2.5.6.2. Chỉ tiêu VSV cần phân tích (phương pháp MPN) ................................46
2.5.7. Các phương pháp sinh học phân tử.......................................................46

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả tiền xử lý.......................................................................................48

3.2. Kết quả phân tích các tháng.....................................................................48
3.3. Tính tốn các kết quả thu đƣợc và bình luận.........................................60
3.3.1. Kết quả phân tích COD...........................................................................60
3.3.2. Kết quả phân tích amoni.........................................................................62
3.3.3. Kết quả phân tích nitrit............................................................................63
3.3.4. Kết quả phân tích nitrat...........................................................................65
3.3.5. Kết quả phân tích photphat.....................................................................66
3.4. Phân tích vi sinh vật..................................................................................68
3.4.1. Phân tích thành phần loài vi khuẩn trong các mẫu bằng DGGE.........68
3.4.2. Phân lập vi khuẩn đại diện của mỗi nhóm.............................................69
3.4.2.1. Vi khuẩn nitrat hóa................................................................................69
3.4.2.2. Vi khuẩn khử nitrat................................................................................70
3.4.3. Kết quả phân tích số lượng vi sinh vật....................................................70
3.5. Cây trồng trong bãi lọc trồng cây............................................................71

5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỞ ĐẦU
Nước giữ vai trò thiết yếu trong sinh hoạt, sản xuất, đồng thời tham gia
trực tiếp vào tất cả các quá trình sống, từ đơn giản đến phức tạp.

Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của các ngành nông nghiệp, công
nghiệp và dịch vụ, mỗi ngày con người đã đưa hàng trăm triệu tấn chất thải vào
môi trường nói chung, mơi trường nước nói riêng. Đó chính là nguyên nhân làm
cho chất lượng nguồn nước bị xuống cấp trầm trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới sức
khỏe con người. Vấn đề ô nhiễm môi trường nước đang là thách thức đối với sự
tồn vong và phát triển của xã hội loài người, đặc biệt là các quốc gia đang phát
triển, trong đó có Việt Nam.
Cơng nghệ xử lý nước thải hiện nay cịn sử dụng nhiều năng lượng, hóa
chất nhằm tiếp cận mục tiêu kiểm sốt mơi trường, trong khi đó ít để ý tới sự
phát triển bền vững của hệ sinh thái tổng thể. Tình trạng đó gây khó khăn rất lớn
cho việc đảm bảo q trình phát triển bền vững của quốc gia trong quá trình
thực hiện cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa.
Trong số các phương pháp xử lý thân thiện với môi trường được phát triển
trong thời gian gần đây thì phương pháp xử lý nước thải bằng thảm thực vật, cụ
thể bãi lọc trồng các loại thực vật sống trong nước đã và đang được áp dụng tại
nhiều nước trên thế giới. Với những ưu điểm nổi bật là rẻ tiền, dễ vận hành,
đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao, loại bỏ được vi sinh vật gây bệnh. Phương
pháp bãi lọc trồng cây cũng đặc biệt thích hợp để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm
kim loại nặng và các loại chất ô nhiễm khác.
Bãi lọc trồng cây ngập nước được xem là một phương pháp sinh học hữu
hiệu sử dụng cả hệ vi sinh vật và hệ thực vật trong xử lý nước thải. Tuy nhiên, vì
là 2 giới hồn tồn khác nhau nên khả năng thích ứng khác nhau, nhu cầu dinh
dưỡng khác nhau và khả năng chuyển hóa các chất cũng khác nhau. Vi sinh vật
thiên về vô cơ hóa các chất hữu cơ, ngược lại thực vật lại thiên về hữu cơ hóa
các chất vơ cơ. Do khả năng thích ứng của thực vật đối với mơi trường thường
7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

kém hơn vi sinh vật nên khả năng duy trì sự phát triển ổn định khó khăn hơn,
ngược lại vi sinh vật có khả năng thích ứng cao hơn, có khả năng tự biến đổi,
thích ứng với điều kiện mơi trường
Nước ta có vùng biển rộng lớn (thềm lục địa có diện tích gấp 3 lần diện
tích đất liền), lại có nhiều sơng ngịi nên sản lượng thủy sản hàng năm rất lớn.
Ngành chế biến thủy sản ở nước ta vì vậy mà ngày càng phát triển và đang dần
trở thành một trong những ngành mũi nhọn của nền kinh tế Việt Nam; mỗi năm
đóng góp vào ngân sách nhà nước khoảng 4,2 tỷ USD nhưng bên cạnh lợi ích đó
cũng sinh ra rất nhiều vấn đề về mơi trường. Q trình chế biến thủy sản địi hỏi
một lượng nước lớn, ước tính để chế biến 1 tấn thủy sản cần đến trên 10m3
nước. Nước thải trong quá trình chế biến thủy sản chứa hàm lượng chất hữu cơ
cao, ngoài ra cịn có các chất kháng sinh, sát trùng và tẩy rửa, do đó cần phải xử
lý triệt để nhằm loại bỏ các tác nhân gây ô nhiễm môi trường.
Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý amoni trong
nước thải thuỷ sản bằng phương pháp bãi lọc trồng cây” nhằm tìm hiểu sự
chuyển hóa các chất trong đó chủ yếu là amoni trong mơi trường bãi lọc ngập
nước có trồng cây cói trên bề mặt của bãi lọc nhằm ứng dụng để xử lý nước thải
chế biến thủy sản [2].

8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Hiện trạng ô nhiễm và sự cần thiết phải xử lý các hợp chất nitơ trong
nƣớc
1.1.1. Tình hình ơ nhiễm các nguồn nước hiện nay
Hiện nay, ở Việt Nam mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng
trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ mơi trường, nhưng tình

trạng ơ nhiễm nước vẫn là một vấn đề rất đáng lo ngại.
Với tốc độ cơng nghiệp hóa và đơ thị hóa khá nhanh, sự gia tăng về dân
số đã gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước. Môi trường nước ở
nhiều đô thị, khu công ngiệp và làng nghề ngày càng bị ơ nhiễm bởi nước thải,
khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công
nghiệp đang gây ô nhiễm mơi trường nước do khơng có cơng trình và thiết bị xử
lý chất thải. Ô nhiễm nước do các hoạt động sản xuất cơng nghiệp là rất nghiêm
trọng.
Tình trạng ô nhiễm nước thấy rõ nhất là ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí
Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt khơng có hệ thống xử lý tập
trung mà trực tiếp đổ ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương). Mặt khác còn
rất nhiều các cơ sở sản xuất, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ
thống xử lý nước thải, cũng như một lượng lớn chất thải rắn trong thành phố
không thu gom hết được… là những nguồn đáng kể gây ô nhiễm môi trường
nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là
rất cao.
Ở thành phố Hà Nội, tổng lượng nước thải của thành phố lên tới 300.000
đến 400.000 m3/ngày, hiện mới chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nước
thải, chiếm 25% lượng nước thải bệnh viện; 36/400 cơ sở sản xuất có xử lý nước
thải, lượng nước thải sinh hoạt chưa được thu gom khoảng 1.200m3/ngày đang
xả vào các khu đất ven hồ, kênh, mương trong nội thành. Chỉ số BOD, oxy hòa
tan, các chất NH4+, NO2-, NO3- ở các sông, mương nội thành đều vượt quá quy

9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


định cho phép. Ở thành phố Hồ Chí Minh, lượng rác thải lên tới gần 4000
tấn/ngày, chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn là có xử lý nước thải, 3.000 cơ sở sản xuất

gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời [9].
Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà tại các thành phố khác
như Hải Phịng, Nam Định, Hải Dương, Đà Nẵng… nước thải sinh hoạt cũng
không được xử lý, độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá
tiêu chuẩn cho phép.
Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nơng thơn, nơi cơ sở hạ
tầng cịn lạc hậu, phần lớn chất thải của con người và gia súc không được xử lý
nên thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi làm cho tình trạng ơ nhiễm nguồn nước về
mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Trong sản xuất nông nghiệp do lạm
dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, các nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị
ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường nước và sức khỏe của nhân dân.
Theo thống kê của Bộ Thủy sản, tổng diện tích nước mặt sử dụng cho
ni trồng thủy sản đến năm 2010 của cả nước là 1,1 triệu ha. Do nuôi trồng
thủy sản ồ ạt, thiếu quy hoạch, khơng tn theo quy trình kĩ thuật nên đã gây
nhiều tác động tiêu cực tới mơi trường nước. Ngồi ra, với việc sử dụng nhiều
và không đúng cách các loại hóa chất trong ni trồng thủy sản, các thức ăn dư
thừa lắng xuống đáy ao, hồ, lịng sơng đang làm cho môi trường nước bị ô
nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triển một số loài sinh vật gây bệnh và làm xuất
hiện một số loại tảo độc, thậm chí đã có dấu hiệu xuất hiện thủy triều đỏ ở một
số vùng ven biển Việt Nam.
Như vậy, có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn đến tình
trạng ô nhiễm môi trường nước như: sự gia tăng dân số, mặt trái của q trình
cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc hậu, nhận thức của
người dân còn nhiều hạn chế… Đáng chú ý là sự bất cập trong hoạt động quản
lý, bảo vệ mơi trường. Nhận thức của nhiều cấp chính quyền, cơ quan quản lý,
tổ chức và cá nhân có trách nhiệm về nhiệm vụ bảo vệ môi trường nước chưa
sâu sắc và đầy đủ. Cơ chế phân công giữa các cơ quan, các ngành chưa đồng bộ,
10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

chưa quy định trách nhiệm rõ ràng…
1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm các hợp chất nitơ trong nước
Hiện nay, do thực trạng hệ thống cấp – thốt nước, xử lí nước cấp và nước
thải, chất thải rắn chưa đồng bộ, cộng thêm đó là sự phát triển của các ngành
cơng – nông nghiệp ngày một tăng trong thời gian gần đây, chưa kể đến các quá
trình diễn ra trong tự nhiên, ở điều kiện địa chất – thủy văn phức tạp ở vùng
châu thổ sông Hồng, đã gây cho nguồn cấp nước duy nhất hiện nay – nguồn
nước ngầm, nguy cơ ô nhiễm ngày càng cao, trong đó có ô nhiễm các hợp chất
chứa nitơ.
Theo khảo sát của các nhà khoa học, phần lớn nước ngầm ở vùng đồng
bằng Bắc Bộ như Hà Nội, Ninh Bình, Hải Dương … đều bị nhiễm amoni
NH4+rất nặng, vượt tiêu chuẩn nhiều lần.
Tại Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái
Bình, xác xuất các nguồn nước ngầm nhiễm amoni ở nồng độ cao hơn tiêu
chuẩn là khoảng 70 – 80%. Ngồi amoni, khơng ít nguồn cịn chứa khá nhiều
hợp chất hữu cơ. Như vậy tình trạng nhiễm bẩn amoni và hợp chất hữa cơ trong
nước ngầm ở Đồng bằng Bắc Bộ đã đến mức báo động và khả năng tác động của
amoni lên cơ thể con người là chắc chắn.
Kết quả khảo sát mới đây của Liên đoàn địa chất thủy văn – địa chất cơng
trình miền Bắc cho thấy, hàm lượng amoni, nitrat, nitrit, … trong nước ngầm ở
Hà Nội đã vượt nhiều lần chỉ tiêu cho phép, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của
con người. Theo tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống dựa trên Quyết định 1329 của
Bộ Y tế, nước sinh hoạt đạt chuẩn ở mức hàm lượng amoni: 1,5mg/l. Trên thực
tế, kết quả phân tích các mẫu nước đều vượt quá chỉ tiêu cho phép, nhiều nơi
cao hơn từ 20 đến 30 lần. Tầng nước ngầm trên (cách mặt đất từ 25m đến 40m)
– nơi người dân khai thác bằng đào giếng khoan – đã ô nhiễm nặng ở nhiều nơi.
Điển hình là xã Pháp Vân có hàm lượng amoni là 31,6 mg/l. Phường Tương Mai

11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


có hàm lượng amoni 13,5 mg/l. Các phường Trung Hịa, xã Tây Mỗ, xã Trung
Văn ... đều có hiện trạng tương tự.
Nguy hại hơn, mức ô nhiễm đang tăng dần theo thời gian, xã Yên Sở
trong năm 2002 kết quả đo đạc cho thấy hàm lượng amoni là 37,2 mg/l nay đã
tăng lên 45,2 mg/l, phường Bách Khoa mức nhiễm từ 9,4 mg/l, nay tăng lên 14,7
mg/L. Có nơi chưa từng bị nhiễm amoni song nay cũng đã vượt tiêu chuẩn cho
phép như Long Biên, Tây Mỗ, Đông Ngạc ... Hiện nguồn nước nhiễm bản đã lan
rộng trên toàn thành phố.
Tầng nước ngầm dưới (cách mặt đất từ 45m đến 60m) là nguồn cung cấp
cho các nhà máy cũng bị nhiễm bẩn. Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước ngầm
nhiễm bẩn amoni” do Sở Giao thơng Cơng Chính Hà Nội đã nghiệm thu cho
thấy: “Do cấu trúc địa chất, nước ngầm Nhà máy nước Tương Mai có hàm
lượng sắt và amoni NH4+ là 6-12, có khi 18 mg/l; Hạ Đình là 12-20, có khi 25
mg/l; Pháp Vân: 15-30, có khi 40 mg/l” [4, 7].
1.1.3. Nguyên nhân
Các chất ô nhiễm như các hợp chất chứa nitơ sẽ từ nước mặt thấm xuống
nước dưới đất. Đó là ngun nhân gây ơ nhiễm nước ngầm. Như vậy nếu nguồn
nước mặt bị ô nhiễm thì dẫn đến nguồn nước ngầm cũng bị ơ nhiễm. Ngồi ra
q trình lắng đọng giữ lại cũng như hàng loạt các hợp chất chứa nitơ từ các quá
trình phân giải tự nhiên (protein, amino axit, amit, hợp chất hữu cơ chứa nitơ... )
cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm nito trong nước. Ở môi trường pH từ 6 – 8
nitơ nằm chủ yếu dưới dạng NH4+. Amoni có thể xuất hiện trong nước ngầm từ
nước thải sinh hoạt, bãi chôn lấp phế thải, nghĩa trang ... do kết quả của q trình
amơn hóa – phân hủy các hợp chất chứa nitơ như đạm, nước tiểu và axit nucleic
... bởi vi sinh vật hay do việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu có chứa nitơ trong

cơng nghiệp. Sự có mặt các ion NH4+ cùng với NO3- chứng tỏ nước ngầm bị ô
nhiễm bởi nước thải sinh hoạt mới xâm nhập [4].

12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.1.4. Tác hại của các hợp chất chưa nitơ đối với cơ thể con người
Các hợp chất nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ, nitrit,
nitrat và amoni. Amoni thực ra không quá độc với cơ thể người. Ở trong nước
ngầm amoni khơng thể chuyển hóa được do thiếu oxy. Khi khai thác lên, vi sinh
vật trong nước nhờ oxy trong khơng khí chuyển amoni thành các nitrit (NO2-),
nitrat (NO3-) tích tụ trong nước ăn. Các hợp chất chứa nitơ trong nước có thể gây
nên một số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng nước.
Trong những thập niên gần đây, nồng độ nitrat trong nước uống tăng lên
đáng kể. Nguyên nhân là do sử dụng phân đạm vơ cơ tăng, gây rị rỉ nitrat xuống
nước ngầm. Hàm lượng nitrat trong nước uống tăng gây nguy hại về sức khỏe
đối với cộng đồng. Bản thân nitrat không gây rủi ro cho sức khỏe, tuy nhiên
nitrat chuyển thành nitrit (do men khử nitrat) lại có khả năng gây độc. Nitrit ảnh
hưởng đến sức khỏe với 2 khả năng sau: Chứng máu Methaemoglobin và ung
thư tiềm tàng [3].
* Chứng máu Methaemo – globinaemia (hội chứng xanh xao trẻ em)
Trẻ nhỏ khoảng 1 tuổi dễ mẫn cảm với sự tồn lưu huyết cầu tố bào thai và
do trong dạ dày khơng có đủ độ chua để hạn chế sự chuyển hóa nitrat thành
nitrit. Nitrit hình thành ở dạ dày, truyền qua đường máu, phản ứng với huyết sắc
tố mang oxy, oxy hóa sắt để tạo thành huyết Methaemoglobin làm giảm khả
năng mang oxy của máu, có khả năng gây tử vong do: ngột ngạt hóa chất. Ở
những quốc gia có nồng độ NO3- cao, phải cấp nước chai có nồng độ NO3- thấp
cho các bà mẹ đang cho con bú và trẻ em được ni bằng sữa bình.

* Ung thư tiềm tàng
Đối với người lớn, NO2- kết hợp với các amoni axit trong thực phẩm là
thành chất Nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế bào –
nguyên nhân gây bệnh ung thư. Những thí nghiệm cho NO2- vào thức ăn, nước

13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


uống của chuột, thỏ... với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau một thời
gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vịm họng của chúng.
Ngồi ra, amoni có mặt trong nước ngầm làm giảm hiệu quả của khâu khử
trùng bằng clo, do nó phản ứng với clo để tạo thành các cloramin, có tác dụng
sát khuẩn yếu hơn nhiều so với clo (khoảng 1000 lần). Ngoài ra, nó cịn giảm
khả năng xử lý sắt, mangan bằng cơng nghệ truyền thống. Amoni là nguồn dinh
dưỡng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật trong nước, kể cả tảo, phát triển nhanh,
làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước thương phẩm, đặc biệt là độ trong,
mùi vị, nhiễm khuẩn [31].
1.1.5. Nguồn gây ô nhiễm amoni
1.1.5.1 Nguồn gốc gây ô nhiễm trong tự nhiên
Nitơ từ đất, nước, khơng khí vào cơ thể sinh vật qua nhiều dạng biến đổi
sinh học, hóa học phức tạp rồi lại quay trở về đất, nước, khơng khí tạo thành một
vịng khép kín gọi là chu trình nitơ.
Trong đất, nitơ chủ yếu tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ. Lượng này càng
được tăng lên do sự phân hủy xác thực vật, chất thải động vật. Hầu hết thực vật
không thể trực tiếp sử dụng những dạng nitơ hữa cơ này mà phải nhờ vi khuẩn
trong đất chuyển hóa chúng thành những dạng vơ cơ dễ hấp thụ. Khi được rễ cây
hấp thụ, qua các q trình biến đổi hóa học, chúng sẽ tạo thành enzim, protein,
clorophin... nhờ đó thực vật lớn lên và phát triển. Con người và động vật ăn thực

vật, sau đó thải cặn bã vào đất cung cấp trở lại nguồn nitơ cho thực vật. Một số
lồi thực vật có nốt sần như cây cọ đậu, cỏ ba lá, cây đinh lăng ... có thể chuyển
hóa nitơ trong khí quyển thành dạng nitơ sử dụng được cho cây. Nitơ đã tạo
được một chu trình kín trong tự nhiên.
1.1.5.2. Nguồn gốc gây ơ nhiễm do con người
Ngồi q trình hình thành theo con đường tự nhiên lượng ion NO3-,
NO2-, NH4+ trong chu trình cịn được tăng lên do các nhà máy sản xuất phân

14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


đạm, chất thải khu đơ thị có hàm lượng nitơ cao. Nguồn ơ nhiễm nitơ trong nước
bề mặt có thể từ nhiều ngồn khác nhau: Công nghiệp, nông nghiệp, dân cư ...
Các ngành công nghiệp sử dụng nitrat trong sản xuất là nguồn chủ yếu gây ô
nhiễm nguồn nước. Nitrat được thải qua nước thải hoặc rác thải. Trong hệ thống
ống khói của các nhà máy này cịn chứa nhiều oxit nitơ thải vào khí quyển, gặp
mưa và một số q trình biến đổi hóa học khác, chúng rơi xuống đất dưới dạng
HNO3, HNO2. Do đó hàm lượng của các ion này trong nước tăng lên.
Nông nghiệp hiện đại là nguồn gây ô nhiễm lớn cho nước. Việc sử dụng
phân bón hóa học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lý, sử dụng
bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ, ...làm cho lượng nitrat, amoni trong nước bề mặt
và ngầm ngày càng lớn.
Trong nước thải sinh hoạt cũng có chứa một hàm lượng nitơ nhất đinh.
Việc nước thải sinh hoạt không được xử lý chảy vào hệ thống các con sông
trong thành phố cũng là một trong các nguồn gốc gây ô nhiễm nước [5].
1.2. Khái quát chung về một số phƣơng pháp tách loại amoni
Amoni là một thành phần rất hay gặp trong nước thải. Các dòng thải chứa
nitơ có thể gây độc đối với mơi trường nước, gây ra hiện tượng giảm nồng độ

oxi trong nước, hiện tượng phú dưỡng và ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ clo.
Vì vậy loại bỏ nitơ có trong các nguồn nước thải là cần thiết. Các hợp chất của
nitơ có thể được loại bỏ từ nước thải bởi các quá trình sinh học hay các quá trình
kết hợp giữa hóa học và vật lý. Phương pháp sinh học là kinh tế và hiệu quả do
giá thành vận hành thấp và quá trình thực hiện là thuận lợi hơn so với các
phương pháp vật lí, hóa học. Do đó q trình loại bỏ nitơ theo phương pháp sinh
học thường được ứng dụng rộng rãi hơn các phương pháp vậy lý, hóa học [5, 22,
27].
Có rất nhiều phương pháp xử lí amoni trong nước ngầm đã được các nước
trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áo dụng như: Làm thoáng để khử NH3 ở
môi trường pH cao (pH = 10 – 11); clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến
15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


(break-point) trên đường cong hấp thụ clo trong nước, tạo cloramin; trao đổi ion
NH4+ và NH3- bằng các vật liệu trao đổi Kation – Anion như Klynoptilolyle hay
Sepiolite; nitrat hóa bằng phương pháp sinh học; nitrat hóa kết hợp với khử
nitrat; công nghệ Anammox, Sharon - Anammox; Phương pháp điện hóa, điện
thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều, dùng vi sinh vật...
1.3. Các phƣơng pháp sinh học xử lý amoni
1.3.1. Phương pháp sinh học xử lý amoni
Nitrat hóa sinh hóa đóng vai trị quan trọng trong hệ sinh thái trên Trái
Đất đặc biệt là với chu trình của nitơ. Đây là phương pháp truyền thống để xử lí
amoni, là quá trình chuyển hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ của nitơ có tính
khử thành các hợp chất vơ cơ có tính oxi hóa. Amoni được loại bỏ qua 2 giai
đoạn: Giai đoạn nitrat hóa và giai đoạn đề nitrat hóa.
1.3.1.1. Q trình nitrat hóa
* Vi khuẩn nitrat hóa

Các loại vi sinh vật tham gia vào q trình nitrat hóa gồm Nitrosomonas
và Nitrobacter. Các vi sinh vật này được coi là loại tự dưỡng bởi vì chúng tiếp
nhận năng lượng cho sự sinh trưởng và tổng hợp tế bào từ sự oxi hóa các hợp
chất vơ cơ hoặc CO2 hơn là từ các hợp chất hữu cơ. Cả 2 loại vi sinh vật này đều
có u cầu về mơi trường riêng biệt cho sự sinh trưởng như pH, nhiệt độ, oxi
hịa tan. Thêm vào đó, chúng tái sinh chậm hơn nhiều so với vi sinh vật dị
dưỡng. Nhiều loại kim loại nặng hoặc các hợp chất hữu cơ có thể ức chế sự phát
triển của VSV nitrat hóa. Nitrosomonas chỉ có thể oxi hóa amoni thành nitrit
cũng như Nitrobacter chỉ oxi hóa nitrit thành nitrat.
* Điều kiện tối ưu cho sự phát triển của 2 loại vi khuẩn trên
- Nhiệt độ: Khoảng nhiệt độ từ 25 – 300C là thích hợp cho việc nitrat hóa,
trong đó tại nhiệt độ xung quanh 300C tốc độ nitrat hóa là cao nhất [32].

16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


- pH: Thơng thường, sự chuyển hóa của amoni thành nitrat thơng qua
nitrit bởi vi sinh vật nitrat hóa tự dưỡng được coi là xảy ra trong môi trường pH
từ trung tính đến kiềm. Trong q trình nitrat hóa ở pH axit được coi như kết
quả do hoạt động của vi sinh vật dị dưỡng. Kết luận này thu được từ sự quan sát
tốc độ phát triển của vi khuẩn nitrat hóa trong hệ thống gián đoạn, người ta thấy
rằng pH tối ưu cho Nitrosomonas và Nitrobacter tương ứng nằm trong khoảng
7.5 – 9.0 và 7.0 – 9.3. Sự oxi hóa nitrit bị giảm tại pH kiềm do sự ức chế cạnh
tranh giữa NO2- và OH-, trong khi sự ức chế tại pH thấp phụ thuộc vào sự tạo
thành axit nitric tự do.
* Phương trình tỉ lượng
Sự oxi hóa của NH4+ và NO3- xảy ra theo 2 bước sau:
Bước 1: Amoni được oxi hóa thành Nitrit

NH4+ + 3/2 O2

𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠𝑜𝑚𝑜𝑛𝑎𝑠

NO2- + 2H+ + H2O

Vi khuẩn thực hiện quá trình này ở khu vực nước ngọt có tên là Nitrosomonas
europara và khu vực nước lợ có tên là Nitrosococcus.
Bước 2: Oxi hóa NO2- thành NO3NO2- + 1/2O2

𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟

NO3-

Phương trình tổng cộng có thể viết như sau:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O

(1)

Để cho phản ứng xảy ra hoàn toàn muốn oxi hóa 1 g NH4+ cần 4,57 g O2.
Phản ứng tạo sinh khối cũng xảy ra đồng thời với quá trình nitrat hóa theo
phương trình:
NH4+ + HCO3- + 4CO2 + H2O → C5H7O2N + 5O2 (2)
Trong đó C5H7O2N là cơng thức tượng trưng cho tế bào vi khuẩn.

17

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

Kết hợp (1) và (2) phương trình tổng cộng của q trình oxi hóa và tạo sinh khối
là:
22NH4+ + 37O2 + HCO3- + 4CO2 + H2O → C5H7O2N + 21NO3- + 20H2O + 42H+
Từ phương trình trên ta thấy rằng tính kiềm sẽ giảm dần trong suốt q trình
nitrat hóa [33].
* Hiệu quả của q trình nitrat hóa
Vận tốc q trình nitrat hóa phụ thuộc vào tuổi thọ bùn (màng vi sinh vật),
nhiệt độ, pH của môi trường, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng amoni, oxy hòa
tan, vật liệu lọc ... Ở nhiệt độ cao thì quá trình diễn ra thuận lợi hơn.
Q trình nitrat hóa diễn ra có hiệu quả khi hàm lượng oxy hòa tan lớn
hơn 4 mg/l. Với hàm lượng oxy hòa tan 2 mg/l, hiệu suất q trình giảm đi 50%.
Các vi khuẩn nitrat hóa có khả năng kết tụ thấp, do vậy việc lựa chọn vật liệu
lọc, nơi các màng vi sinh vật dính bám cũng có ảnh hưởng quan trọng tới hiệu
suất làm sạch và sự tương quan sản phẩm của phản ứng sinh hóa [31].
1.3.1.2. Q trình đề nitrat hóa
Đề nitrat hóa là q trình trong đó một số lồi vi khuẩn nhất định trong
điều kiện kị khí khử NO3- thành sản phẩm khí như N2, NO, N2O – là những chất
có ảnh hưởng không đáng kể tới môi trường [33].
* Vi khuẩn đề nitrat hóa
Khơng giống như vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng trong giai đoạn nitrat hóa,
vi khuẩn đề nitrat hóa là vi khuẩn dị dưỡng. Các loại phổ biến là Bacillus,
Micrococcus, Pseudomonas, Achromobacter.
Trong mơi trường kị khí, các vi khuẩn này sử dụng NO3- hay NO2- là chất
nhận điện tử cuối cùng và sử dụng các hợp chất hữa cơ để tạo năng lượng. Các
chất hữu cơ gồm methanol, axetat, glucozơ, etanol và một số hợp chất khác.
Metanol (CH3OH) khơng đắt, vì vậy nó thường được sử dụng rộng rãi hơn cả.

18

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

*Phương trình tỉ lượng
Đề nitrat hóa là q trình gồm 2 bước, sử dụng metanol là chất cho điện
tử có thể được biểu diễn theo phương trình sau:
CH3OH + 3 NO3- → 3 NO2- + CO2 + 2H2O
CH3OH + 3 NO2- → CO2 + N2 + H2O + 2OHPhương trình tổng cộng:
5CH3OH + 3 NO3- → 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OHBởi vì sự tổng hợp tế bào xảy ra đồng thời với sự khử nitrat nên phương
trình tổng hợp bao gồm cả 2 quá trình trên được viết lại như sau:
58NO3- + 80CH3OH + 98H+ → 30CO2 + 24N2 + 10C5H7O2N + 174H2O
Nếu trong nước có oxy hịa tan, sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình khử
Nitrat hóa, do các vi khuẩn sẽ sử dụng O2 thay cho NO3- hay NO2- như chất nhận
điện tử từ phản ứng khử nitrat, bằng cách bổ sung thêm một lượng methanol vào
nước:
3O2 + 2CH3OH → 2CO2 + 4H2O
1.3.2. Quá trình Anammox
* Định nghĩa
Q trình oxi hóa amoni yếm khí tự dưỡng (anaerobic ammonium
oxidation - Anammox) trong đó amoni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp
thành khí N2 dưới điều kiện yếm khí với amoni là chất cho điện tử, còn nitrit là
chất nhận điện tử để tạo thành khí N2. Đây là một phương pháp có hiệu quả và
kinh tế hơn so với quá trình loại bỏ amoni thơng thường từ trong nước thải có
chứa nhiều amoni. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp nitrat hóa
và đề nitrat hóa thơng thường là ở chổ địi hỏi nhu cầu về oxi ít hơn và khơng
cần nguồn cacbon hữu cơ từ bên ngồi. Bước nitrat hóa bán phần trước phải
được tiến hành để chuyển chỉ một nửa amoni thành nitrit. Sản phẩm trình
19

LUAN VAN CHAT LUONG download : add

anammox là N2, tuy nhiên khoảng 10% của nitơ đưa vào (amoni và nitrit) được
chuyển thành nitrat. Dựa trên cân bằng khối qua q trình ni cấy làm giàu
anammox phương trình của quá trình anammox được đưa ra như sau:
NH4+ +1.3NO2- +0.066HCO3- + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O 0.5
N0.15 + 2.03H2O [32].

Hình 1.1: Cơ chế sinh hóa giả thiết của phản ứng anammox
Anammox là một cơng nghệ mới được phát triển trong những năm gần
đây. Nó không cần bất kỳ một nguồn cacbon hữu cơ nào để loại bỏ nitơ vì vậy
nó đem lại lợi ích về kinh tế và mang lại nhiều tiềm năng cho xử lý nước thải có
chứa amoni nhưng hàm lượng cacbon hữu cơ thấp. Trong quá trình anammox,
amoni được chuyển thành N2 với nitrit là chất nhận điện tử và vì vậy tỉ lệ hàm
lượng và amoni là khoảng 1.3 [16].
Sự kết hợp hai q trình nitrat hóa bán phần và quá trình anammox dựa
trên thực tế rằng nitrit là hợp chất trung gian trong cả hai quá trình. Vì vậy nitrat
hóa bán phần để chuyển 1/2 amoni thành nitrit là thuận tiện và kinh tế và theo
sau đó là quá trình anammox đảm bảo loại bỏ tồn bộ nitơ thơng qua một q
trình hồn tồn tự dưỡng. Nhu cầu oxi giảm đi chỉ còn 62,5% và tiết kiệm được
đáng kể giá thành do không phải bổ xung thêm cacbon hữu cơ so với hệ thống
nitrat hóa - đề nitrat hóa thông thường [32].

20

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Trong những năm gần đây, quá trình anammox đã nhận nhiều được sự
quan tâm và nghiên cứu. Từ những nghiên cứu này cho thấy rằng có ít nhất hai
khả năng cho q trình oxi hóa amoni yếm khí tồn tại trong tự nhiên. Vi khuẩn

oxi hóa amoni "hiếu khí" bao gồm Nitrosomonas eutropha giảm nitrit hoặc nitơ
đioxit với hydroxylamine hoặc amoni là chất cho điện tử dưới điều kiện yếm
khí. Tốc độ oxi hóa amoni yếm khí lớn nhất là khoảng 2nmol NH4+ min-1 (mg
protein)-1 sử dụng NO2 là chất nhận điện tử. Trong phản ứng này NO là chất
trung gian. Trong quá trình anammox với nitrit là chất nhận điện tử thì tốc độ
oxi hóa có thể lên đến 55nmol NH4+ min-1 (mg protein)-1 [29].

Hình 1.2: Vi khuẩn anammox Candidatas Brocadia
(John Fuerst/Rick Webb) [7]

* Các điều kiện ảnh hưởng
Khoảng pH và nhiệt độ sinh lý học: Tốc độ chuyển hóa chất nền đặc biệt
lớn của tồn bộ sinh khơi anammox được tính tốn như một hàm của nhiệt độ và
pH trong những thí nghiệm dạng mẻ và trong sự vắng mặt của những giới hạn
về chuyển khối. Từ sự phụ thuộc vào nhiệt độ của hoạt tính anammox, người ta

21

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


đã tính tốn được năng lượng hoạt động là 70kJ/mol, là xấp xỉ tương đương với
q trình oxi hóa hiếu khí.
Hoạt tính và ức chế: Hằng số hoạt tính của anammox với amoni và nitrit
cân bằng hoặc nhỏ hơn 0.l mg N/l. Q trình anammox là khơng bị ức chế bởi
N-NH4+ và N-NO3- với nồng độ ít nhất lên tới 1000mg/l. Tuy nhiên N-NO2- gây
nên ức chế hoàn toàn với nồng độ 100mg/l, ở những nồng độ nitrit lớn hơn
18mM hoạt tính của anammox đã bị ức chế hồn tồn, và nồng độ 25mM tương
ứng với nồng độ ức chế 50% [35].
Ảnh hưởng của các chất nền và các chất sản phẩm: Tiến hành thí nghiệm

với các nồng độ ban đầu khác nhau của amoni, nitrit, và nitrat cho thấy nitrit có
ảnh hưởng lớn nhất với hoạt tính đặc biệt SAA (specific anammox activity) cực
đại của anammox. Với nồng độ nitrit 25mM tương ứng với nồng độ ức chế 50%.
Còn với amoni và nitrat khi nồng độ lên đến 70 mM trong thiết bị phản ứng
SBR được tiến hành liên tục trong một tuần khơng quan sát thấy có ảnh hưởng
âm nào lên hoạt tính của anammox. Vì vậy nồng độ nitrit đòi hỏi phải được điều
khiển chặt chẽ để tránh những ức chế cho quá trình.
Sự ức chế này sẽ được phục hồi bằng cách cộng thêm vào lượng vết
những chất trung gian của anammox (>1.4 mgN/1 của hydrazine, > 0.7 mgN/1
của hydroxylamine). Hoạt tính của anammox giảm với sự gia tăng nồng độ
nitrit. Việc giảm này không phụ thuộc vào pH trong khoảng 7 – 7,8. Ở nồng độ
nitrit cao các vi sinh vật không chỉ sử dụng amoni là chất cho điện tử mà chúng
còn phải tạo ra một chất cho điện tử ngay ở bên trong cơ thể để làm giảm nitrit
[8].
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình anammox là khoảng 30 – 400C.

22

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Tuy nhiên gần đây Cemaetal đã cho thấy rằng trong một thiết bị đĩa quay
sinh học quá trình anammox cũng đã đạt được thành công khi tiến hành ở nhiệt
xung quanh 200C. Và điều này cũng được ghi nhận bởi Isakaetal. khi tiến hành
với thiết bị phản ứng lọc sinh học yếm khí (anaerobic biofilter - ABF) với kết
quả xử lý được 8,1 g N (Ld)-1. Và một vài nghiên cứu với anammox ở biển cũng
cho thấy hoạt tính của anammox ở nhiệt độ thấp. Vì vậy việc ứng dụng
anammox sẽ không bị hạn chế bởi ảnh hưởng của nhiệt độ gần khoảng 300C
[13].
Rất nhiều các nghiên cứu đã tiến hành ở nhiệt độ của nước thải khá cao

với khoảng nhiệt độ tối ưu cho anammox là 370C, quá trình anammox được
dùng chủ yếu vào xử lý nước thải từ đâu ra của thiết bị phân hủy metan. Nếu
như hoạt tính mà có đủ ở nhiệt độ thấp thơng thường (dưới 250C) thì q trình
anammox có thể được ứng dụng rộng rãi để xử lý nhiều loại nước thải công
nghiệp. Và một thí nghiệm tiến hành với thiết bị lọc sinh học yếm khí (ABF) ở
20 - 220C đã cho thấy rằng với một nồng độ thích hợp của nitrit và thời gian lưu
thủy lực ngắn hơn sẽ đem lại một tốc độ chuyển hóa nitơ cao ngay cả khi chúng
ta tiến hành ở nhiệt độ thấp thích hợp (dưới 250C) [24].
Người ta cũng đã nhận thấy rằng hoạt tính cực đại của sinh khối anammox
khi khơng được làm thích nghi là được quan sát thấy trong khoảng nhiệt độ từ
35 đến 400C. Trong khi ở 450C sẽ gây nên sự giảm hoạt tính của anammox
khơng thuận nghịch do sự giảm dần của sinh khối. Bằng việc giảm từ từ nhiệt độ
người ta cũng đã đạt được thành công trong thiết bị phản ứng kiểu SBR ở 180C.
Nhưng khi nhiệt độ giảm xuống 150C, hiệu suất tối đa của thiết bị phản ứng
cũng giảm do sự tích lũy nồng độ nitrit và ảnh hưởng của cả nhiệt độ và hệ
thống sẽ mất tính ổn định. Như vậy sự thích nghi của sinh khối anammox ở
nhiệt độ thấp đã được quan sát và người ta cũng nhận thấy rằng có sự thay đổi

23

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


về đặc điểm vật lý của bùn và cả đặc điểm chất lượng của mật độ vi khuẩn trong
quá trình phản ứng [13].
Phản ứng anammox dễ dàng bị ức chế bởi oxi và nitrit. Một mức độ oxi
rất thấp (> 0.04 mg L-1) đã gây ra ức chế thuận nghịch, nồng độ nitrit cao (> 100
mg L-1) gây ra ức chế khơng thuận nghịch hoạt tính của vi khuẩn oxi hóa amoni.
Ảnh hưởng của oxi lên q trình anammox đã được kiểm nghiệm trong vài thí
nghiệm và kết quả chỉ ra rằng chỉ khi oxi được loại bỏ bằng việc thổi đẩy mạnh

với các khí trơ, việc chuyển hóa amoni và nitrit mới được phục hồi. Và người ta
cũng nhận thấy rằng hoạt tính của anammox trong q trình ni cấy làm giàu
chỉ có ở những điều kiện tồn yếm khí [9]. Nồng độ oxi cao gây nên ức chế
khơng thuận nghịch (18% độ bão hòa oxi - saturation) [35].
Trong những quan sát gần đây trong mơ hình bán cơng nghiệp đã cho thấy
có sự liên hợp của anammox (anammox consortium) khi phải đối mặt với những
điều kiện thay đổi và khác nghiệt trong xử lý nước thải so với điều kiện tối ưu
trong phịng thí nghiệm.
Trong những năm qua việc cố gắng mở rộng phạm vi ứng dụng của
anammox vào trong công nghiệp đã được tiến hành. Chẳng hạn như kết hợp quá
trình anammox và quá trình đề nitrat đã được nghiên cứu để xử lý nước thải có
nồng độ amoni cao mà chứa COD và sau đó là những khả năng liên hợp mà đã
được tích lũy của anammox dưới điều kiện đầu vào có nồng độ amoni thấp hoặc
dưới những điều kiện nhiệt độ thấp. Ngày nay có một vài vấn đề đặt ra trong
việc ứng dụng anammox vào thực tế là sự thích nghi với sự có mặt của oxi trong
dịng vào hay trong thiết bị phản ứng, cụ thể là khả năng liên hợp đã được ni
dưỡng ở những điều kiện có oxi. Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí trong việc
tạo ra điều kiện yếm khí hồn tồn trong q trình anammox ứng dụng vào công
nghiệp. Một kế hoạch đầy triển vọng để tránh ảnh hưởng của DO là làm giàu
một số vi khuẩn tiêu thụ oxi để tạo ra vùng (niche) yếm khí thích hợp cho

24

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


anammox. Mặc dù việc nuôi cây làm giàu liên hợp anammox thường được tiến
hành ở trong những điều kiện không có oxi và hồn tồn tự dưỡng. Nhưng thậm
chí do có thể được cung cấp ở dịng vào với nồng độ là thấp hơn so với một vài
quá trình khác mà được trang bị máy cung cấp oxi. Vì dưới điều kiện thiếu oxi

này sẽ gặp khó khăn trong việc làm giàu các vi khuẩn tiêu thụ oxi và làm cho
chúng thể hiện hoạt tính trong liên hợp. Thực tế có vài loại vi khuẩn mà có thể
chịu đựng được trong điều kiện thiếu oxi trong một thời gian dài và tính đa dạng
trong thành phần của liên hợp anammox là thấp hơn so với thành phần của các
liên hợp trong một vài quá trình loại bỏ nitơ khác. Tuy nhiên sự có mặt của các
vi khuẩn nitrat trong thiết bị phản ứng anammox hoặc màng sinh học anammox
cho thấy rằng mặc dù các vi khuẩn nitrat có thể được làm giàu dưới điều kiện
yếm khí, nhưng chúng sống sót ít nhất. Rất nhiều các vi khuẩn oxi hóa amoni
như một vài giống thuộc Nitrosomonas là yếm khí tùy tiện và có sự trao đổi khí.
Chúng có thể sử dụng rất nhiều chất cho proton (hydro, pyruvat, amoni) để khử
nitrit dưới điều kiện yếm khí để tạo ra NO, N2O, N2. Trái ngược hẵn với các vi
khuẩn anammox, chúng có quá trình trao đổi chất linh hoạt hơn nhiều. Hoạt tính
oxi hóa amoni cao nhất là thấp hơn 25 lần so với anammox (55nmol NH4+ N(mg protein)-1 min-1 nhưng cũng đủ cao để tồn tại trong giai đoạn kéo dài
không có mặt của oxi. Nhờ q trình trao đổi chất phức tạp để sao chép mà một
số giống thuộc Nitrosomonas có thể đưa đến khả năng tạo ra một cơng nghệ
thích hợp cho sự thích nghi với DO của liên hợp anammox [27].
Kết quả thu được khi tiến hành trong thiết bị đĩa quay sinh học không gắn
kết (non-woven biological rotating contactor) cho thấy khi dịng vào có chứa oxi
thì việc loại bỏ N-NH4+, N-NO2- vẫn đạt được những thành công nhờ liên hợp
anammox với tốc độ loại bỏ anammox cao, ổn định 2-2.3 kg N m-3 ngày-1. Khi
nồng độ DO được tăng dần theo từng bậc thì vi khuẩn có chức năng tiêu thụ oxi
cần một thời gian để chuyển đổi quá trình trao đổi chất cho phù hợp. Trong quá

25

LUAN VAN CHAT LUONG download : add