Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn nitrat hóa có khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau biogas

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Viện Đại Học Mỏ’ Hà Nội

LỊI CẢM ƠN
Em xin bày tò lời cám ơn chân thành tới TS. Lương Hữu Thành-Trướng Bộ
môn Sinh học Môi trường, Viện Mơi trường Nơng nghiệp. Đã tận tình giúp đỡ em

và hướng dẫn em những kiến thức khoa học và phương pháp nghiên cứu trong suốt
q trình hồn thành khóa luận này.
Em xin càm ơn tới các anh chị trong Bộ môn Sinh học Môi trường, Viện Môi

trường Nông nghiệp dã giúp đỡ và hướng dẫn chì báo em trong suốt thời gian em
thực hiện khóa luận.

Em xin cảm ơn tới các thầy (cô) giáo trong khoa Công Nghệ Sinh Học đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập

và nghiên cứu
Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc tời gia đình, bạn bè những người ln
dộng viên, quan tâm. giúp đỡ, tạo mọi điều kiện vật chat cũng như tinh thần giúp

em hồn thành khóa luận này.

Em xin chân tĩiyBMcằrtìrởhA lẹn Đại học

Mơ Hid Nọi

Hà nội. ngày 16 tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Nguyền Đình An

Nguyễn Đình An

LópCNSH 11.01-K18


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Viện Đại Học Mỏ’ Hà Nội

MỤC LỤC

MỚ ĐẦU.............................................................................................................. 1

PHẦN I : TÓNG QUAN......................................................................................3
1.1.

Tổng quan nước thài chăn ni................................................................. 3

1.2. Các thành phần tính chât nước thải chăn nuôi lợn.................................. 3
1.2.1. Các chất hữu cơ và vô cơ trong nước thài chăn nuôi........................... 3
1.2.2. Nguồn nitơ và photpho trong nước thài chăn nuôi............................... 4
1.2.3. Vi sinh vật gây bệnh trong nước thài chăn nuôi................................... 4
1.3. Công nghệ xứ lý nước thái chăn nuôi...................................................... 5
1.3.1. Công nghệ xử lý hóa lý...........................................................................6
1.3.2. Cơng nghệ xử lý cơ học......................................................................... 6
1.3.3. Cơng nghệ xử lý sinh học...................................................................... 7

1.4. Các kỹ thuật ứng dụng trong xữ lý nước thải chăn nuôi......................... 9

1.4.1. Công nghệ khí sinh học (biogas)........................................................... 9
1.4.1. ú và nhược điểm khi sử dụng công nghệ biogas trong các trang trại
chăn ni................................................................................................................ 9
1.5. Nitơ trong nước thài sau biogas.............................................................11
1.5.1. Tính độc của các hợp chất chứa nitơ.................................................. 11
1.5.2. Vai trò của vi khuẩn nitrat hóa trong: xử lýnướcthải saubiogas........ 13
1.5.2.1. Chu trình chuyền hóa nito trong nước vàvi sinh vật tham gia...... 13
1.5.2.2. Q trình amon hóa các họp chất hữu cơ......................................... 14
1.5.2.3. Q trình amon hóa protein.............................................................. 14
1.5.2.4. Q trình nitrat hóa............................................................................ 15
1.5.2.5. Các chùng vi khuẩn tham gia vào q trình nitrat hóa...................17

PHÀN II. VẬT LIỆU VÀ PHUƠNG pháp

nghiên

cúu......................... 19

2.1.

Đối tượng nghiên cứu.............................................................................. 19

2.2.

Phạm vi nghiên cứu..................................................................................19

2.3. Dụng cụ và hóa chất................................................................................ 19
2.3.1. Dụng cụ.................................................................................................. 19
2.3.2. Hóa chất................................................................................................. 19
2.4. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 20

2.4.1. Môi trường phân lập, nuôi cay và giữ giống vi khuẩn nitral hóa..... 20
2.4.1.1. Mơi trường Winogradsky I................................................................ 20
2.4.1.2. Môi trường winogradsyi II................................................................ 20
2.4.2. Phương pháp phân lập vi khuẩn nitrat hóa......................................... 21
2.4.3. Phương pháp làm sạch và tuyến chọn chùng hoạt lực cao.................21
2.4.4. Phương pháp nhuộm gram................................................................... 22
2.4.5. Phương pháp giữ giống.........................................................................22
Nguyễn Đình An

Lóp CNSH 11.01-K18


Viện Đại Học Mở Hà Nội

2.4.6.
2.4.7.

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Phương pháp xác định hàm lượng Nitrit ( N02 -N ) trong nước.....23
Phương pháp xác định hàm lượng Nitrat ( NO/-N) trong nước...... 25

PHÀN III: KẾT QUÁ........................................................................................ 27
3.1.

Phân lập chùng vi khuân nitrat hóa........................................................ 27

3.2. Tuyến chọn chủng có hoạt tính nitrat hóa cao....................................... 27
3.2.1. Tuyển chọn các chủng vi khuấn có hoạt tính nitrat hóa cao............. 27
3.2.1.1 Tuyển chọn chùng có hoạt tính oxy hóa amon thành nitrit............... 27

3.2.2.2. Tuyến chọn chủng có hoạt tính oxyhóa nitrit thành nitrat.............. 28
3.2.3. Hoạt tính oxy hóa cùa các chùng tuyển chọn......................................... 29
3.2.3.1 Hoạt tính oxy hóa amon thành nitrit.................................................. 29
3.2.3.2 Hoạt tính oxy hóa nitrit thành nitrat.................................................. 30
3.3. Nghiên cứu đặc điếm sinh học của các chùng vi khuẩn đã được tuyển
chọn............. ............................
30
3.3.1. Đặc điếm hình thái khuấn lạc................................................................ 30
3.3.2. Đặc điểm, hình dạng tế bào...................................................................31
3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trường của các chùng nitrat hóa........ 32
3.4.1. Ánh hưởng cùa pH................................................................................. 32
3.4.2. Ánh hưởng cùa nhiệt độ......................................................................... 34
3.4.3. Ánh hướng của thời gian lên men đến sự phát triền và hoạt tính nitrat36
3.5. Khá năng sử dụng các chting vi sinh vật đã tuyền chọn vào xử lý nước
thãi chãn nuôi sau biogas.................................................................................... 38

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHAO................................................................................ 43

Nguyễn Đình An

LópCNSH 11.01-K18


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Viện Đại Học Mở Hà Nội
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 : Thành phần đặc trưng cùa khí biogas.

Bàng 2: Đặc điếm nước thãi đầu ra của 9 ham biogas ờ thành pho Huế.

Báng 3 : xây dựng đường chuẩn Nitrit.
Bảng 4 : xây dựng đường chuẩn nitrat hóa.
Bảng 5: Hoạt tính hóa amon thành nitrit của các chúng tuyến chọn.
Bàng 6 : Hoạt tính oxy hóa nitrit cùa các chủng tuyển chọn.

Bảng 7 : Đặc điểm hình thái của các chúng vi khuẩn.
Bàng 8 : Đặc điếm tế bào cùa các chủng vi khuân nghiên cứu.

Báng 9 : Ảnh hướng pH đến sự phát triền của chủng c 1.

Â_u Jurats

Mờĩtì-Nội

Bàng 10 : Anh hưởng pH đênVi&PMte
sự phát triên cua chung D

Bàng 11 : Ánh hưởng cùa nhiệt độ đen sự phát triển của chúng c 1.
Bàng 12 : Ánh hường cùa nhiệt độ đến sự phát triến của chùng D3.

Báng 13 : Ánh hưởng cùa thời gian đến tốc độ phát triển và hoạt tính cùa hai
chủng C1 và D3.
Bảng 14 : Kết quá thử nghiệm xử lý gián đoạn.

Nguyễn Đình An

LópCNSH 11.01-K18

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Viện Đại Học Mỏ’ Hà Nội

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 : Chu trình nitơ trong nước.
Hình 2 : Chủng vinh sinh vật có hoạt tính nitrat trên mơi trường Winogradsky.
Hình 3 : Chùng vi sinh vật nitrit trên mơi trường có chứa thuốc thử griss.
Hình 4 : Chủng vi sinh vật nitrat trên mơi trường có chứa thuốc thửgriss.

Hình 5 : Hình thái khuần lạc chủng C1 và D3.
Hình 6 : Hình thái tế bào chùng c 1.

Hình 7 : Hình thái tế bào chùng D3.
Hình 8 : Ánh hường pH đen sự phát triển của chủng c 1.

Hình 9 : Ánh hưởng pH đen sự phát triển cùa chủng D3.

Thir viên Viên f)ai hne Mn Hà Nịi

Hình 10 : Anh hường của nhiệt độ đến sự phát triền của chùng C1.

Hình 11 : Ánh hưởng cùa nhiệt độ đến sự phát triển của chủng D3.
Hình 12 : Các bình ni tại thời điềm 0 ngày.

Hình 13 : Các bình ni tại thời điếm 7 ngày.

Nguyễn Đình An

LópCNSH 11.01-K18


Khóa Luận Tốt Nghiệp

Viện Đại Học Mỏ’ Hà Nội

DANH MỤC VIẾT TẤT

BOD :

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD :

Nhu cầu oxy hóa học

CFU/ml :

số đơn vị hình thành khuẩn lạc

DO :

Hàm hrợng oxy hòa tan trong nước

ss :

Nong độ chất rắn ở dạng huyền phù

TC :

Tống lượng cacbon

TCVN :

Tiêu chuẩn Việt Nam

TS :

Chat rắn tồng số

U:

Unit

OD:

MỊthtô qdệiỉ Viện Đại học Mở Hà Nội

Nguyễn Đình An

LópCNSH 11.01-K18


MÕ ĐÀU
Chăn nuôi là ngành kinh tế quan trọng cúa Việt Nam, là nguồn cung cấp thực

phấm chú yếu cho người dân. Đây cùng là ngành kinh tế giúp cho nông dân tăng thu

nhập, giải quyết được nhiều công ăn việc làm cho người lao động. Tuy nhiên, bên

cạnh việc sản xuất và cung cấp một lượng lớn sàn phẩm quan trọng cho nhu cầu cùa
con người, ngành chăn nuôi cũng đã gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực về mơi
trường, đặc biệt đối với nước thài từ q trình chăn nuôi. Nước thải chăn nuôi chứa
rất nhiều hợp chất gây hại, hàm lượng N, p và vi sinh vật gây bệnh rất cao. Do đó
nếu khơng có biện pháp xử lý phù hợp thì sẽ gây ánh hường nghiêm trọng đến môi

trường và cuộc sống cùa người dân xung quanh.

Hiện nay, việc xứ lý nước thài chăn nuôi chú yếu sừ dụng hình thức ú kỵ khí
(phân và nước thải) qua mơ hình hầm khí sinh học biogas. Qua mơ hình hầm khí
sinh học, các chất hữu cơ trong nước thãi được vi sinh vật chuyền hóa và tạo ra sàn

phẩm hỗn hợp khijga^ ạua đây ^Ịậm thiếu 0 phiề,nạ ọhất Ịtữii cơ- Tuy vậy, nguồn
nước sau biogas vẫn chứa hàm lượng nitơ, photpho nhất định cần được nghiên cứu
xứ lý triệt dế hơn nữa.
Ngày nay, việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý nước ơ nhiễm thì ngày càng

phố biến. Các vi sinh vật được sứ dụng bo sung vào nước ơ nhiễm sẽ giám thiếu,
loại bị hàm lượng c, N, p... dư thừa trong nước theo các quá trình khác nhau như

đế tạo sinh khối tế bào vi sinh vật, oxy hóa các chất thành sán phẩm cuối cùng là

co2 và H2O, chuyển hóa nitơ dạng hữu cơ và vơ cơ thành dạng khí N2 thốt ra ngồi
mơi trường, tích tụ photpho trong cơ thế tế bào,... Quá trình loại nitơ dư thừa trong

nước thường diễn ra chủ yếu bới các q trình amon hóa, nitrat hóa và phán nitrat
hóa[ 1 ] Trong đó, q trình nitrat hóa là q trình hiếu khí, đầu tiên NH/ được oxi

hóa thành nitrit NO2', sau đó nitrit chuyển hóa thành nitrat NO/, các biến đối này

được thực hiện bởi các vi khuấn Nitrosomonas, Nitrobacter .

Nguyễn Đình An

1

LópCNSH 11.01-KI 8


Đe tài tiến hành nghiên cứu về vi khuấn nitrat hóa với mục đích hy vọng tạo ra
kết quả có ý nghĩa trong ứng dụng vi sinh vật xử lý ô nhiễm hợp chất chứa nitơ
trong nước thải chăn nuôi.

Xuất phát lừ thực tế đó, tơi đã chọn đề tài: “Phân lập và tuyến chọn chùng vi
khuân nitrat hóa có khá năng ứng dụng trong xứ lý nước thài chăn nuôi lợn sau
biogas”.

Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội

Nguyễn Đình An

2

LópCNSH 11.01-KI 8


PHẦN I: TƠNG QUAN

1.1. Tống quan nước thải chăn ni
Nước thái chăn nuôi bao gồm nước tiểu, nước rừa chuồng, nước tắm vật nuôi
với khối lượng nước thái rất lớn. nước thải chăn ni có khá năng gây ơ nhiễm môi

trường cao do chứa hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lững, hàm lượng N. p, vi sinh vật
gây bệnh cao.Nguồn nước thái chăn nuôi là một trong những nguồn chất thải có

chứa nhiều hợp chất hữu cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán... Nguồn nước này có
nguy cơ gây ô nhiễm các tang nước mặt. nước ngầm và trớ thành nguyên nhân trực

tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc. Đồng thời nó có thê lây lan một số bệnh
cho con người và ảnh hưởng đen môi trường xung quanh vì nước thãi chăn ni cịn
chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium tetani,...nếu không

xử lý kịp thời. Bơn cạnh dó cịn có nhiều loại khí dược tạo ra bới hoạt động của vi
sinh vật như NHì, co2, CH4, H1S, . . .Các loại khí này có thề gây nhiễm độc khơng

khí và nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh thái. Chính
vì vậy mà việc thiết kế hệ thống xứ lý nước thải cho các trại chăn nuôi là một hoạt
động hết sức cần thiết.

Đặc trưng ô nhiễm của nước thái chăn ni lợn là: Ơ nhiễm hữu cơ, ơ nhiễm N,

p và chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn gây bệnh.

1.2. Các thành phần tính chât nước thải chăn ni lợn
1.2.1. Các chất hữu cơ và vô CO' trong nước thải chăn nuôi.
Những chất hữu cơ chưa dược gia súc đồng hố, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngồi
theo phân, nước tiếu cùng các sán phẩm trao đoi chất khác.Thức ăn dư thừa cũng là
1 nguồn gây ô nhiễm hữu CƯ.

Trong nước thài chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80 % gồm protit, acid

amin, chất béo, hydratcarbon và các dẫn xuất cùa chúng. Hầu hết là các chất hữu cơ

dễ phân huỷ. giàu nitơ, photpho. Các chat vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối,
ure, amonium, muối chlorua, sulfate...
Các hợp chat hoá học trong phân và nước thải dế dàng bị phân huý. Tùy điều
kiện hiếu khí hay kị khí mà quá trình phân huỷ tạo thành các sân phẩm khác nhau
Nguyễn Đình An

3

Lóp CNSH 11.01-KI8


như acid amin, acid béo, aldehide, co2, H2O. NH3. HịS. Neu q trình phân huỷ có
mặt o2 sản phấm tạo thành sẽ là CO2, H2O, NO2, NO3. Còn nếu quá trình phân hùy
diễn ra trong điều kiện thiếu khí thì tạo thành các sàn phẩm CH4, N2, NH3, H2S,

Indol, Scatol...Các chất khí sinh ra do q trình phân huỳ kị khí và thiếu khí như
NH3, H2S...gây ra mùi hơi thối trong khu vực nuôi ành hường xấu tới môi trường
không khí.

1.2.2. Nguồn nitơ và photpho trong nước thải chăn ni.
Khả năng hấp thụ nitơ và photpho cùa gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn
thức ăn có chứa nitơ, photpho vào thì chúng sẽ bị bài tiết theo phân và nước tiếu.
Trong nước thài chăn nuôi thường chứa hàm lượng nitơ và photpho rất cao. Hàm
lượng nitơ tông trong nước thái cùa trại chăn nuôi do được sau khi ra biogas từ 571
- 594 mg/1, Photpho từ 13.8-62 mg/1. Theo Jongbloed và Lenis (1992), đối với heo

trường thành khi ăn vào 100 g nitơ thì: 30 g được giữ lại cơ thể, 50g bài tiết ra ngoài
theo nước tiếu dưới dạng ure, còn 20 g ớ dạng phân nitơ vi sinh khó phân huỷ và an
tồn cho mơi trường. Tùy theo sự có mặt cúa oxy trong nước mà nitơ chú yếu tồn
tại ờ các dạng NH4+, NO2’, NO3’.
Khi nước tiểu và phân được bài tiết ra ngồi mơi trường thì nitơ gây ảnh
hướng đến sức khộe con người. 'Vì jchi đi o cư thẹ^ gặp điều kiện thíc họp (NH4+),

và (NO3 ) có the chuyến hóa thành NO2’, mà NO2 có ái lực mạnh với hồng cầu
trong máu mạnh hơn oxy nên khi nó thay thế oxy sẽ tạo thành methemoglobin, ức
chế chức năng vận chuyến oxy đen các cơ quan hồng cầu ngăn can quá trình trao

đổi chất của cơ thể, làm cho các cơ quan thiếu oxy, đặc biệt là ở não dẫn đến nhức
đầu, mệt mịi. hơn mê thậm chí dấn tới tử vong.

1.2.3. Vi sinh vật gây bệnh trong nước thải chăn nuôi.
Nước thái chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, vius và trứng ấu trùng giun sán

gây bệnh. Do đó. loại nước thài này có nguy cơ trờ thành nguyên nhân trực tiếp

phát sinh dịch bệnh cho đàn gia súc. gia cam đồng thời lây lan I so bệnh cho người
nếu không được xứ lý.
Theo nghiên cứu của Nanxera đối với nước thai chăn ni: vi trùng gây bệnh

đóng dấu (Erisipelothris insidiosà) có thể tồn tại 92 ngày. Brucella từ 74-108 ngày,
Samolnella từ 6-7 tháng, Leptospira 5-6 tháng. Microbacteria tuberculosis 75-150

ngày, vius lờ mom long móng (FMD) sống trong nước thải 100-120 ngày..., các

Nguyễn Đình An

4

LópCNSH 11.01-KI 8


loại vi trùng có nha bào như: Bacillus tetani 3-4 năm. Trứng giun sán nhiều trong

nước thái chăn nuôi với nhiều loại điền hình như: Fasciolahepatica, Fasciola
gigantica, Fasciolosis buski, Ascarís suum, Oesophagostomum sp. Trichocephalus

dentatus... có thế phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6-28 ngày và tồn tại 5-6
tháng.
Theo A.Kigirop (1982), các loại vi trùng gây bệnh như; Samonella, E.coli và

nha bào Bacilus anthrasis có the xâm nhập theo mạch nước ngầm. Samonella có thể

tham sâu xuống lớp đất bề mặt 30-40 cm. ở những nơi thưởng xuyên tiếp nhận nước
thái. Trứng giun sán, vi trùng có thế lan truyền đi rất xa và nhanh khi bị nhiễm vào

nước mặt gây dịch bệnh cho người và gia súc.

Nghiên cứu cùa Bonde (1967) cho thấy: Đa số các vi sinh vật gây bệnh
không phát triển lâu dài trong nước thái, số lượng cùa chúng giâm nhanh trong

những ngày đau sau đó chậm dần. Các loại vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng

nhiệt đới Samonella typhi và Samonella paratyphi, E.coli, Shigella, Vibrio comma
gây dịch tà.

Ngồi ra. G.Rheinhinmer cịn phân lập dựơc nhiều loài nấm gây bệnh. Đối

với vi khuân và virus đường ruột, thì thời gian sống sót trong nước thài càng lâu thì
số lượng cá thế của chúng càng nhó và ngược lại.

Hệ vi sinh vật trong nước thài chân ni rất phức tạp trong dó chú yếu là vi

khuẩn gây thối có 3-16 triệu/ml, vi khuấn phân huỳ đường mỡ, E.coli 10 X 104 - 10
X 107 tế bào/ml, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn nilral hoá. Hệ vi sinh vật này có ãnh

hướng lớn đến tính chất và khá năng tự làm sạch của nguồn nước.

Việc xừ lý nước thài chăn nuôi nham giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước
thái đến một nồng độ cho phép có thể xà vào nguồn tiếp nhận

1.3. Cơng nghệ xử lý nước thải chăn nuôi
Việc xừ lý nước thài chăn nuôi lợn nham giám nồng dộ các chat ô nhiễm trong
nước thải đến một nồng độ cho phép có thế xả vào nguồn tiếp nhận. Việc chọn lựa
phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xứ lý nước phụ thuộc vào các you tố
như:
Các yêu cầu về cơng nghệ và vệ sinh nước.

Nguyễn Đình An

5

LópCNSH 11.01-KI 8


-

Lưu lượng nước thài

Các điều kiện cùa trang trại chăn ni
Hiệu quả xứ lý

Đối với nước thài chăn ni lợn.có thế áp dụng các công nghệ sau :

-

Công nghệ cơ học
Cơng nghệ hóa lý
Cơng nghệ sinh học

Trong các cơng nghệ trên ta chọn công nghệ sinh học là công nghệ chính.cơng
nghệ xử lý nước thái sinh học thường dược đặt sau các cơng trình xứ lý cơ
học.hóa lý.

1.3.1. Cơng nghệ xử lý hóa lý
Nước thái chăn ni cịn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vơ cơ dạng hạt có kích
thước nhó, khó lang, khó có thế tách ra bang các phương pháp cơ học thơng thường
vì tốn nhiều thời gian và hiệu quả khơng cao. Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ
đế loại bỏ chúng. Các chất keo tụ thường sứ dụng là phèn nhôm, phèn sẳt, phèn
bùn.... kết hợp với polymer trợ keo tụ đế tăng quá trình keo tụ. Nguyên tắc cùa
phương pháp này Ịà t ịỌho v^o trong nước thải,ẹáo hạt keo mang điện tích trái dấu
với các hạt lơ lưng có trong nước thãi (các hạt có nguồn gốc silic và chất hữu cơ có
trong nước thãi mang điện tích âm, cịn các hạt nhơm hidroxid và sắt hidroxi được
dưa vào mang diện tích dương). Khi thẻ điện động cùa nước bị phá vỡ, các hạt
mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại thành các bơng cặn có kích thước lớn hơn và
dỗ lắng hơn. Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cành (2001) tại trại chăn ni lợn
2/9: Phương pháp keo tụ có thế tách được 80-90% hàm lượng chất lơ lừng có trong
nước thài chăn ni heo. Ngồi keo tụ cịn loại bó được p tồn tại ờ dạng PO4' do
tạo thành kết lùa AIPƠ4 và FePO4. Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất

bấn có trong nước thái chăn ni. Tuy nhiên chi phí xứ lý cao. Áp dụng phương
pháp này để xử lý nước thài chăn nuôi là khơng hiệu q về mặt kinh tế. Ngồi ra,
tun nơi cũng là một phương pháp đê tách các hạt có khá năng lăng kém nhưng có
the kết dính vào các bọt khí nối lên. Tuy nhiên chi phí đau tư, vận hành cho phương
pháp này cao, cũng không hiệu quá về mặt kinh tế đối với các trại chăn nuôi.

1.3.2. Cơng nghệ xử lý cư học

Mục đích là tách chất rắn, cặn, phân ra khỏi hỗn hợp nước thải bằng cách thu
gom. phân riêng. Có thế dùng song chán rác. bể lắng sơ bộ đê loại bó cặn thơi, dễ
lẳng tạo điều kiện thuận lợi và giám khối tích cùa các cơng trình xứ lý tiếp theo,
ngồi ra có thê dùng phương pháp ly tâm hoặc lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong

Nguyễn Đình An

6

LópCNSH 11.01-KI 8


nước thải chăn nuôi khá lớn (khoảng vài ngàn mg/1) và dễ lắng nên có thế láng sơ
bộ trước rồi đưa sang các cơng trình xứ lý sau.
Sau khi tách ,nước thải được đưa sang các cơng trình phía sau,cịn phần chất rắn
được đem đi ú đe làm phân bón.
1.3.3. Công nghệ xử lý sinh học

Xừ lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống cùa vi
sinh vật có trong nước, chú yếu là vi khuẩn dị dường hoại sinh.
Phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xứ lý khác
ở chỗ chi phí thấp và tính ốn định cao. đặc biệt hiệu quá xứ lý rất cao ờ thời gian

lưu ngăn đối với các loại nước thãi chứa các chất hữu cơ dề phân huý sinh học.
Nước thài chăn nuôi dược xác định là loại nước thái dễ phân huỳ sinh học vì
chứa chù yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân huỳ như carbon hidrat (cellulose,
hemicellulose, tinh bột. đường, dextrin...), protit...Xử lý nước thài chăn nuôi bang
biện pháp sinh học là phố biến ở hầu hết các trại chăn ni cơng nghiệp nhờ tính
khả thi và tính kinh tế cao cùa nó.

A,

viện Đạl học Mờ Hà Nội

Sừ dụng vi sinh vật kỵ khí. hoạt động trong điều kiện yếm khí khơng hoặc có
lượng 02 hịa tan trong môi trường rất thấp, đề phân húy các chất hữu cơ.
Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân húy kỵ khí:

- Thủy phân : Trong giai đoạn này. dưới tác dụng của enzyme do vi khuân tiêt ra,
các phức chất và các chất không tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa
thành các phức chất đơn gián hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin,
acid béo).

- Acid hóa : Trong giai đoạn này, vi khuân lên men chun hóa các chất hịa tan
thành chất đơn giàn như acid béo dề bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, co2. H2,
NHị. H2S và sinh khối mới.
- Acetic hóa : Vi khuẩn acetic chuyền hóa các sán phẩm cùa giai đoạn acid hóa
thành acetat, H2, co2 và sinh khối mới.
- Methane hóa : Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí. Acid acetic,
H2, CO2, acid formic và methanol chuyến hóa thành methane, co2 và sinh khối
mới.

Nguyễn Đình An

7

LópCNSH 11.01-KI 8


B,

Phương pháp xử lý Hiếu khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy. Q
trình xử lý nước thải bàng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn :
Oxy hóa các chất hữu cơ :
„ .. „

„

CxHyOz + 02

enzyme

__ —___ ►

___

_. „

co2 + H2O +

ủH

Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + 02 + NH, ____ en2yme » tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + co2 + H2O
Phân húy nội bào :

C5H7O2N + o2

‘nzyme

»

5CO2 + 2H2O + NH, + ÁH

Các quá trình xử lý sinh học bang phương pháp hiếu khí có the xáy ra ớ điều
kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các cơng trình xừ lý nhân tạo, người ta tạo điều
kiện tối ưu cho q trình oxy hố sinh hố nên q trình xứ lý có tốc độ và hiệu suất
cao hơn rất nhiều. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, q trình xử lý sinh
học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:
TU.J.

v;â« ru; L™ MA LIỊ ma;

Xừ lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trướng dạng lơ lửng chù yếu được
sứ dụng khử chất hữu cơ chứa cacbon như q trình bùn hoạt tính, hồ làm thống,
bế phán ứng hoạt động gián đoạn, q trình lên men phân h hiếu khí. Trong số
những q trình này. q trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là q trình phố
biến nhất.
Xứ lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trường dạng dính bám như q
trình bùn hoạt tính dính bám, be lọc nhó giọt, bế lọc cao tải, đĩa sinh học, bế phản

ứng nitrate hoá với màng cố định.
Trong cơng nghệ xử lý sinh học thì người ta thường dùng phưorng pháp cơng
nghệ khí sinh học (biogas).

Lợi ích cúa của cơng nghệ khí biogas mạng lại :

4-Giải quyết van đề chất đốt, tạo ra nguồn năng lượng thay thế: Là nguồn
năng lượng giá trị cao có thể phục vụ nhiều mục đích như đun nấu, thắp sáng,...
+ Làm phân bón: Bã thài sau biogas, nước thài sau biogas có tác dụng tăng
năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh và nâng cao độ phì cho đất.
+ Cải thiện vệ sinh môi trường.
+ Xử lý chất thải hữu cơ.
Nguyễn Đình An

8

LópCNSH 11.01-KI 8


+ Giảm phát thài khí nhà kính (sinh ra khí metan đốt cháy được).

1.4. CÚC kỹ thuật ửng dụng trong xử lý nước thải chăn ni
1.4.1. Cơng nghệ khí sinh học (biogas)
Công nghệ biogas là công nghệ xử lý sinh học đồng thời tạo ra nguồn khí sinh
học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sàn xuất. Sản xuất khí sinh học là q trình
phân hủy lên men kỵ khí các chất hữu cơ tự nhiên hay là quá trình lên men mêtan.
Đây là quá trình biến đổi sinh học được sử dụng để phân hũy các chất thài có hàm
lượng chat rắn từ 4 - 8% dưới tác động cùa các vi sinh vật trong điều kiện yếm khí
9. Thành phần chính của khí biogas là: CH4, CƠ2 và còn lại là các chất khác như :
hơi nước, N2, O2, H2S, co...Được thuý phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ

nhiệt độ từ 20-40°C. Thành phần khí biogas thu dược khác nhau trùy theo nguyên
liệu sử dụng, thời gian nhiệt độ phân hủy yếm khí. Thành phan đặc trưng của khí
biogas được trình bày trong bảng sau:

Cơng thức

Tý lệ (%)
55-65
35 - 45
0-3
0-1

ch4

CO2
n2

H2

T|H?sviên Viên Đai hoc Mơ 1 là N°.r.1
Băng 1 : Thành phần dặc trưng của khí biogas

Nguồn nguyên liệu đế sản xuất biogas có thể nói là vô tận từ các loại bùn từ ao
tù, đầm lầy, phế liệu, phế thãi trong sản xuất nông, lâm nghiệp và các hoạt động sản
xuất và chế biến nông lâm sản, xác động vật...

1.4.1. Uu và nhược điểm khi sử dụng công nghệ biogas trong các trang trại
chăn nuôi
A, ưu diem

Be biogas là phương pháp xừ lý kỵ khí khá đơn giản, chi phí đầu tư thấp,
thường thấy hầu hết ớ các cơ sở chăn nuôi quy mô trang trại và hộ gia đình. Nước
thải từ hệ thống chuồng trại được dẫn trực tiếp vào bế kín với thời gian lưu nước
trong bê khoảng 15-30 ngày, tận dụng hoạt động của các vsv trong bê và trong lớp
bùn đáy để khống hóa các chất hữu cơ. Mực nước trong bể thơng thường CH4.
CO2 và các khí khác sinh ra do phân hủy kỵ khí chiếm chồ. Phía trơn có đặt hệ
thống thu khí đê thu hồi các khí sinh ra (khí biogas) tận dụng làm khí đốt hoặc chạy
máy phát điện..., dưới cùng là lớp bùn đáy tương dối ổn định. Cơng nghệ góp phần
tạo nguồn năng lượng khí sinh học đế thay the một phan các loại năng lượng khác.
+ Giài quyết vấn đề chất đốt, tạo ra nguồn năng lượng thay thế: Là nguồn
năng lượng giá trị cao có thế phục vụ nhiều mục đích như đun nấu, thắp sáng, ...

Nguyễn Đình An

9

LópCNSH 11.01-KI 8


+ Làm phân bón: Bã thái sau biogas, nước thái sau biogas có tác dụng tăng
năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh và nâng cao độ phì cho đất.
+ Cài thiện vệ sinh môi trường.
+ Xứ lý chất thải hữu cơ.
+ Giám phát thài khí nhà kính (sinh ra khí metan đốt cháy được).

tì, Nhược diêm
Nước thải đầu ra của hầm biogas có hàm lượng chất ơ nhiễm cao.

về cám quan nước thài sau hầm Biogas có màu đen hoặc xanh đen, ít có mùi
hơi thối. Theo tạp chí Khoa học. Đại học Huế, tập 73, so 4. năm 2012 thì chất lượng

nước thài đầu ra được trình bày như sau:
TT

Thơng số

Đơn vị

Khoảng
giá trị

TB±S

TCN
6782006

QCVN
24:2009/BTNMT

1

BOD5

mg/L

192-582

307±90

300

50

2

COD

mg/L

264-789

463+127

400

100

3

ss

rilllnig/ÌỆn \ 188-821

373+123

Hà Nẹ

100

4

vss

mg/L

123-499

244+96

-

-

5

NH4-N

mg/L

106-421

259+74

5

10

6

TKN

mg/L

335-712

536±89

-

7

T-P

mg/L

122-492

318+84

20

6

8

fecal
Coliform

MPN/lOOmL

l,5xio675x1 o6

10.6X106

-

-

Bảng 2: Đặc điểm nước thái đầu ra cùa 9 hầm biogas õ' thành phố Huế.

Các thông số cơ bàn của nước thài sau hầm biogas vượt hoặc xấp xi vượt tiêu chuẩn
cho phép nhiều lần. cụ thể như sau: So với tiêu chuẩn TCN 678 - 2006:

+Nồng độ chất hữu cơ vượt nhẹ.
+Nồng độ chất dinh dưỡng cao, vượt 52 lần (đối với NH4+-N) và 16
lần (đối với tống P).So với Quy chuẩn QCVN 24:2009/BTMT:

Nguyễn Đình An

10

LópCNSH 11.01-KI 8


+Nồng độ chất hữu cơ vượt 5 lần (đối với BOD5) và 6 lần (đối với

tổng P)
+Các thông số khác (SS, vss, TKN, Fecal coliform) không được
quy định trong các tiêu chuẩn so sánh nhưng có nồng độ khá cao.

Từ kết quà so sánh trên thì nước thài đầu ra cùa ham biogas không đủ tiêu

chuẩn thải vào môi trường. Với nồng độ chất ơ nhiễm cao thì nước thài này sẽ góp
phần làm suy giám chất lượng mơi trường của nguồn tiếp nhận. Trong đó, nguy cơ
gây phú dưỡng nguồn nước là rất lớn. Mật độ fecal Coliform rất cao là mối nguy
hiềm cho sức khỏe con người và gia súc.

1.5. Nito' trong nước thải sau biogas
1.5.1. Tính độc của các họp chất chứa nito’
Trong nước mặt cũng như nước ngầm nitơ vô cơ tồn tại ở 3 dạng chính là:
ion amoni ( NH4+ ), nitrit ( NO}') và nitrat ( NO/ ). Dưới tác động cúa nhiều yếu tố

hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nitơ này chuyển hóa lẫn nhau,

tích tụ lại trong nước ăn và có độc tính đối với con người.
Neu có một hàm lượng lớn NO}' trong nước sẽ gây ra hiện tượng phú dường.

. , ki.

' IJui’YÌệÃyịÌIlĐai JJQC MơHàNồi. .7,

... ...

trước het nó tăng cưởng sir sinh trương va phát trien của tảò va vi sinh vật phù du
làm giảm độ xuyên cúa ánh sáng mặt trời, ngăn cản q trình quang họp trong các

lớp nước phía dưới. Mặt khác, sau khi tào và các sinh vật phù du chết đi sẽ bị các vi
sinh vật khác phân hủy và giải phịng NH/. Oxy hóa tan trong nước bị các vi sinh

vật hiếu khí sử dụng gầy nên q trình phân hủy hiếu khí tạo ra các sán phàm độc
hại làm chi nước bị ô nhiễm trầm trọng. Nước nhiễm NO}‘ có thề ành hưởng đến

sức khỏe con người do sự khừ nitrat trong ruột. Sự khử NO}' thành NO?' do vi
khuấn và sự xâm nhập sau đó cúa NO?' vào máu là nguyên nhân cúa sự tạo thành
methaemoglobin. Ó đây oxy của NO?' liên kết chặt không thuận nghịc với

hemonglobin khiến cho hong cầu mất đi khả năng vận chuyến oxy. Các chúng vi

khuấn nitrat đi qua dạ dày bình thường chi đến ruột chúng mới khứ nitrat , sinh
trường và tích lùy NO?'. Sự tạo thành methaemoglobin đặc biệt thấy rỏ ờ trè em.

Trẽ em mắc chứng bệnh này thường xanh xao ( bệnh blue baby ) và dể bị đe dọa

đen cuộc sông đặc biệt là tre em dưới 6 tháng tuổi. 0 trò em lớn tuổi và người lớn vi
khuấn bị chết trong dịch vị có pH axit. NO}‘được hập thụ lại trước khi bị khử trong

Nguyễn Đình An

II

LópCNSH 11.01-KI 8


ruột ở pH thíc hợp. NO2' cịn là chất độc gây bệnh ung thư vì nó tạo thành axit, nitơ

trong nước sau đó kết hợp với các axit amin để tạo thành Nitrosamine là một trong

các tác nhân gây ung thư.
Trong ao hồ, amoni xuất hiện như một sản phẩm do sự biến dưỡng cúa động
vật trong nước cũng như từ sự phân hủy các hợp chất hửu cơ với tác dụng cùa vi

khuấn. Trong nước amoni đước phân chia (dissociate) làm 2 nhóm : Nhóm NHị

(khí hịa tan) và nhóm NH/ (ion hóa). Chi có dạng NHj (khí hịa tan) là gây độc

cho ao hồ. Dưới tác dụng cúa vi khuân , amoni sé bị biến đôi thành nitrit (NO2 )

(bởi vi khuấn Nitrosomơnas) rồi nitrat (NO3 ) (bởi vi khuẩn Nitrobacter). Hình thức

nitrat thường vơ hại. nồng độ nitrat cho phép trong nước nuôi trồng thủy sản
clOtng/l. Khi môi trường nhiễm nitrat với hàm lượng cao >10mg/l sẻ làm tảo phát
triển , dẩn đến hiện tượng phú dưỡng và giảm chất lượng nước. Sự phát triền bùng

nồ của tào làm cho nước trờ nên đục, táo kết thành khối trôi nôi trên mặt nước, khi

phân húy phát sinh mùi và làm giám lượng oxy hóa tan trong nước, ành hường trực
tiếp đến đời sống của một số loài cá.
. Anh hướng cpạ^c lỊ^,ctiâ| nflc^j ]lọc Mơ I Ià Nộị
+ Môi trường
Nitơ trong nước thãi cao, chày vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dường.

Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo
gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước,
phá hoại môi trường trong sạch cùa thủy vực, sàn sinh nhiều chat độc trong nước

như NH/, HịS, COị, CH4... tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước.
-

phú dưỡng nguồn nước

+ Con người

Nitrat và nitrit (đặc biệt là nitrit) dược khuyến cáo là có khá năng gây ung thư ờ

người do nitrit sẽ kết hợp với các axit amin trong thực phấm làm thành một họ chất
nitrosamine-1 hợp chất tiền ung thư. Hàm lượng nitrosamin cao khiến cơ thế khơng

kịp đào thải, tích lũy lâu ngày trong gan có thể gây ra hiện tượng nhiễm độc, ung
thư gan hoặc ung thư dạ dày.

Trường hợp nhiễm độc trầm trọng nếu không được cứu chữa kịp thời dẫn đến nguy
cơ tứ vong cao.

Nguyễn Đình An

12

LópCNSH 11.01-KI 8


+ Sinh vật
Khi nồng độ NO/trong nước vượt giới hạn 0,1 mg/l sẽ gây độc với cá khi vào cơ

thê trong điêu kiện thích hợp, ờ hệ tiêu hóa chúng sẽ chuyên hóa thành nitrit, nitrit
kết hợp với hồng cầu tạo thành chất khơng vận chuyến oxi. Q trình chuyến hóa

cùa ammoni thành nitrat và nitrit làm giảm hàm lượng oxi hòa tan trong nước. Điều
này ành hưởng rất lớn đến đời sống của các lồi cá ni trong hồ. Ngồi ra lượng
nitơ cịn lại trong hồ có tác dụng cung cấp dinh dưỡng cho cây thúy sinh trồng

trong hồ .
Trong cơ thế, nitrit (hoặc nilrat dưới tác động của một so vi khuẩn đường ruột

chuyển thành nitrit) kết hợp với hong cau (hemoglobin) trong máu sau đó chuyến
thành methemoglobin, cuối cùng chuyền thành methemoglobinamin.

Methemoglobinamin là chất ngăn càn việc liên kết và vận chuyến oxy, gây bệnh

thiếu oxy .
Khi cá bị ngộ độc nitrit sẽ có những triệu chứng bở ăn ,bơi lội chậm chạp,màu sắc

nhợt nhạt ,ờ giai đoạn cuối cá mất phương hướng mất thăng bằng ,co giật và tư
vong.
Thu vjện Viên £)ạị học Mớ Hà Nội
Ngoài ra, sự có mặt của nitơ có thế gây cán trở cho các quá trình xử lý làm giám

hiệu quá làm việc của các cơng trình. Mặt khác nó có thế kết hợp với các loại hoá
chất trong xừ lý dế tạo các phức hữu cơ gây độc cho con người.
Do tác hại cùa NOj và NOj đối với sức khóe con người và động vật nên
chúng được coi là một trong những chi tiêu quan trọng đế đánh giá chất lượng nước,
theo tiêu chuan chất lượng nước việt nam, trong nước uống hàm lượng (tính theo N)

NO/ phải nhỏ hơn 10 mg/1, hàm lượng NO/ phái nhò hơn 0,01 mg/1, và hàm lượng

NH/ phải nhó hơn 0,05 mg/1.

1.5.2. Vai trị cùa vi khuấn nitrat hóa trong xử lý nước thãi sau biogas
1.5.2.1. Chu trình chuyến hóa nito trong nước và vi sinh vật tham gia
Trong môi trường nước, nitơ có thể tồn tại dưới dạng hợp chất vơ cơ. hữu cơ

hịa tan hay khơng hịa tan. Các hợp chất vơ cơ quan trọng của nitơ là NHj,
NH4+,NO/, no/.

Nguyễn Đình An

13

LópCNSH 11.01-KI 8


Nitơ dạng khí có được chú yếu là sự khuếch tán từ ngồi khơng khí vào hay cịn
có thê được hình thành trong q trình phán nitrat hóa. Các dạng hợp chất vơ cơ hịa

tan có được là do q trình phân húy các hợp chat hữu cơ, nitơ lang đọng dưới dạng
hợp chất Albumine dưới tác dụng của vi sinh vật, đạm albumine sẽ biến thành dạng
dạm ammoniac (NHj) và ammoniac sẽ hịa tan vào nước hình thành NH/. Sau đó,

NHị và ion NHj+ sẽ biến thành dạng đạm nitrit (NO2) và nitrat (NO3-) nhờ hoạt
động của vi khuấn nitrit và nitrat hóa. Thực vật có thể hấp thu nhiều dạng đạm nói

trên nhưng hấp thu NH4+ và NO/ là tốt nhất, mồi loài thực vật ưa một dạng đạm
khác nhau. Một số loài vi khuẩn và táo lại có khả năng sứ dựng nitơ phân tử nhờ

q trình cố định nitơ.

Hầu hết đạm NO/ được vi sinh vật, thực vật thũy sinh sứ dụng cho các quá trình
sinh trường và phát triến cùa chúng, sau dó bị lang tụ ở bùn đáy. Đạm chứa trong

táo bị ăn bời động vật phù du và các ấu trùng, động vật đáy khác. Hai q trình yếm

khí là cố định nitơ và phán nitrat do tảo lam và vi khuấn thực hiện, trong đó. q
trình phàn nitrat hầu như xáy ra trong tầng đáy ở vùng cửa sông hay đất ngập nước.
Các chất đạm hữu .cơ trong môitrường nướchiộn diện trong cơ thố thực vật. động

vật, xác bã hữu cơ lơ lửng hoặc hịa tan.
1.5.2.2. Q trình anion hóa các họp chất hữu cư

Q trình amon hóa các họp 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 chuyến hóa hồn tồn thành các họp chất vơ cơ,giúp
làm sạch mơi trường nước. Trong điều kiện kỵ khí, các acid amin khơng dược vơ cơ
hóa hồn tồn, bên cạnh NH3 và co2 cịn tích lũy nhiều loại hợp chất hữu cơ khác

như axit hữu cơ, rượu H2S và các sán phẩm bốc mùi khó chịu cho thúy vực.
1.5.2.3. Q trình ainon hóa protein
Q trình amon hóa protein giữ vai trị quan trọng trong việc khép kín vịng tuần

hồn Nitơ nhờ quá trình này mà nitơ chuyển từ dạng hấp thụ sang muối amon dề

dàng được thực vật sử dụng. Nhờ q trình này mà NHị ln ln được phục

hồi,cung cấp cho thực vật thúy sinh. Có nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc tham gia

Nguyễn Đình An

14

LópCNSH 11.01-KI 8


vào q trình này, chú yếu là các lồi Bacillus như: B. mesentericus, B.mycoide,

B.sustilis,... Số lượng cúa chúng trong thủy vực khác nhau thì rất khác nhau,
thường trong các thùy vực nước ngọt số lượng của chúng nhiều thúy vực nước măn

và nước lợ.
1.5.2.4. Q trình nitrat hóa

Q trình nitrat hóa là q trình oxy hóa nitơ của các muối arnon, dầu tiên tạo
thành nitrit và sau đó tạo thành nitrat dưới tác dụng cúa các vi sinh vật hiếu khí

trong điều kiện thíc hợp.
Q trình nitrat hóa tự dưỡng bao gom 2 giai đoạn chính oxy hóa muối amon

thành NO?' (nitrit hóa) và giai doạn oxy hóa nitrit thành NO?' (nitrat hóa).
Ý nghĩa cùa q trình nitrit hóa trong việc làm sạch nước. Nó phản ánh mức độ
khống hóa của các hợp chất hữu cơ có trong nước thài, nhưng quan trọng hơn qua
q trình này có thể tích lũy một lượng oxy dự trữ có thế đế oxy hóa các chất hữu

cơ khơng chứa nitơ khi lượng oxy hóa tự do (lượng oxy hóa hịa tan) đã tiêu hao
hồn tồn trong quịí trình đớ-i sự 'cổ mặt.é.úa rtitrat trọng nước thái phán ánh mức độ

khống hịa tan của các chất hữu cơ.

Giai đoạn l: (nitrit hóa)

Nitrit hóa là q trình oxy hóa amon thành nitrit nhớ enzyme amonmonoxygenaza
(AMO) của vi khuấn xúc tác trọng điều kiện hiếu khí.
NH4+ + 3/2 02

----------- ► NO2' + H2O + 2H + Năng lượng

Đầu tiên amon bị oxy hóa thành hydroxylamin nhớ enzyme amonmonoxygenaza.
NH, + 02 + 2e- + 2H

----------- *■

NH2OH + H2O

Q trình này khơng giãi phóng năng lượng ở dạng ATP. nhưng lại đòi hỏi
nguồn điện để tạo ra hydroxylamin. Nguồn điện từ có được đó sinh ra khi oxy hóa

NADHị thành NAD+ và truyền qua các cytochrom P460. Một phần nguồn điện từ

trong q trình oxy hóa amon thành hydroxylamine đi vào chuỗi truyền điện từ
trong màng nguyên sinh chất cùa vi khuấn Nitrosomonas, phàn còn lại dùng để oxy

Nguyễn Đình An

15

LópCNSH 11.01-KI 8


hóa hydroxylamine thành nitrit. Sự oxy hóa hydroxylamin thành nitrit trái qua 2

bước :
BI: Enzyme + NH2OH

Enzyme-NO+ + 3H+ + 4e-

Enzyme + NO2' + 2H+

B2: Enzyme-NO+ + H2O

Tổng hợp toàn bộ quá trình:
NH2OH + H2O

-------- *

NO2 + 5H+ + 2e-

Trong q trình oxy hóa hydroxylamine này có tạo ra sán phấm trung gian NOH

do enzyme hydroxylamine oxydaza (HAO) xúc tác (NOH là một chất kém bền
vững). Hai điện từ giải phịng từ sự oxy hóa NOH thành NO2 được sử dụng để

chuyến P460 trờ lại thành dạng khử. Dạng khừ P460 lại oxy hóa các chất phân tứ
NH3 tiếp theo.

Điều đáng chú ý là trong q trình nitrit hóa, cơ chất cúa aminmonoxyenaza là
NH3 chứ không phái là NH.b bời vậy q trình oxy hóa amon xáy ra mạnh nhất ờ

pH trung bình 7,5 -í- 8,5, hoặc kiềm khi ammoniac ớ dạng khơng ion hóa NH3 nhiều

Thư viện Viện Đại học Mơ Hà Nọi

'

Giai đoạn 2 (nitrat hóa) :
Đó là giai đoạn oxy hóa nitrit thành nitrat do enzyme Nitritoxydaza và

Cytochrom oxydaza xúc tác. NO2’ tạo thành tiếp tục được oxy hóa thành NO3 bời
nhóm vi khuấn nitrat. Đây cũng là các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng, thực hiện phàn

ứng oxi hóa nitrit đế cung cap năng lượng cho q trình đồng hóa Năng lượng co2.
NO2'

+ Vi 02

->

NO3'

+ Nhóm vi khuẩn nitrat gồm 3 chi khác nhau:

Nitrobacter, Nitrospừa, Nitrococcus. Ngồi nhóm vi khuấn tự dưỡng hóa năng nói
trên, trong đất cịn có một số lồi vi sinh vật dị dưỡng cũng tiến hành q trình nitrat

hóa. Đó là lồi vi khuân và xạ khuân thuộc các chi Pseudomonas, Corynebacteríum,
Streptomyces...

Nguyễn Đình An

16

LópCNSH 11.01-KI 8


Hình 1 : Chu trình nitơ trong nước

1.5.2.5. Các chủng vi khuẩn tham gia vào q trình nitrat hóa

A. Vi khuân tự dưỡng oxy hóa amon

Vi khuẩn có khá năng oxy hóa amon thành nitrit hầu hết thuộc nhóm vi khuẩn
tự dưỡng hóa năng, hiếu khí bắt buộc. Các vi khuẩn này khơng lấy năng lượng từ sự
oxy hóa chất hừu cơ mà lấy năng lượng từ sự oxy hóa các hợp chất chứa nitơ vơ cơ

và đồng hóa CƠ2 trong chu trình Calvin Benson. Chúng thuộc nhóm vi khuẩn gram
âm, khơng sinh bào tứ, tế bào hình cầu, hình que, hình xoan. Một số đại diện đặc

trưng cho nhóm! này1 llàỉ ểiống. tịưMờintìnás.

toỉấobỏộứns, Nitrozolobus,

Nitrosospira [1] . Trong số đó giống Nitrosomonas mà đặc biệt là loài
Niưosomonas europaea được áp dụng nhiều nhất trong q trình nitrit hóa. Đó là

những vi khuẩn hình bầu dục, nhó bé kích thước từ 0.4 - 0,6 X 1 - 1,8 jUm, không
sinh bào tử, có thề có tiêu mao khá dài, có khả năng tích lũy nhiều chất nhầy quanh
tế bào. Điều kiện lối ưu cho sự phát triển cũa Nitrosomonas là : nhiệt độ 28-30°C,

pH=7,0-8,6. Cơ chất oxy hóa của Nitrosomonas là amoniac, ure, guanin,... ,các cơ
chất hừu cơ không được sừ dụng làm nguồn oxy hóa[ 1 ].
B. Vi khuân nitrat hóa

Cũng như các loại vi khuấn tự dưỡng khác, vi khuấn nitrat hóa dùng năng

lượng sinh ra đế khữ CO2 cúa khơng khí và tạo nên các chất hữu cơ cần thiết cho cơ

thế chúng. Loại vi khuẩn nitrat hóa điển hình nhất là Nitrobacter. Chúng là những tế

bào hình bầu dục, kích thước khỗng 0,8x1,0pm. Gram âm (-), khơng sinh bào tử.

Hai loài Nitrobacter chù yếu là N. Vinogradsky không di động) và N. Agilic (di
động). Cơ chất oxy hóa duy nhất cúa Nitrobacter là nitrit. Nitrobacter cũng có the

Nguyễn Đình An

17

LópCNSH 11.01-KI 8


sinh trường và phát triển trên các mơi trường có chứa chất hứu cơ, hoặc chất hửu cơ

có kích thíc sự sinh trướng và phát triển cũng như hoạt tính chuyển hoá cúa chúng

12],
Nitrobacter rất nhạy cảm với điều kiện không thuận lợi cúa môi trường, nồng

độ NaNO: 0.5 g/1 bat đau kìm hãm sự sinh trường của chúng.
Năng lượng thu được từ q trình oxy hóa NH/ sẻ được các vi khuấn sứ

dụng đế sinh tống hợp vật chất của tế bào từ CO’, 2. Do chi nhận được rất ít năng
lượng từ q trình oxy hóa nên tốc độ phát triển của các vi khuấn oxy hóa amon và
oxy hóa nitrit tự dường là hết sức chậm chạp. Thời gian thế hệ là 0,4-2,5 ngày đối

với Nitrosomonas và 0,3-1,5 ngày đối với Nitrobacter. Sán lượng tế bào (g tế bào

khơ/ N oxy hóa) là 0,29 dối với Nitrosomonas và 0,08 đối với M7rohacfôr[3,4,10].
c. Các vi khuân dị dưỡng tham gia vào q trình nitrìt hóa

Trong những năm gan dây, bên cạnh các vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc người ta

đã phát hiện ra một số vi khuẩn dị dưỡng có khả năng oxy hóa NH4+ và các hợp

chất hữu cơ chứa nitơ thành NO2’, NOì' như: Methỵlomonsa, Methanica,

'.................Thự viện Ylẽn Đạĩ nọc Mơ Ha NỘI

.Ethylosinus trichosprìum. Methococcus capsulatus, Pseudomonas methanicus,
Thiosphaera pantotropha, Thibacillus novellus. Cơ che hóa sinh cùa q trình nitrat

hóa do vi khn dị dường vân chưa hồn tồn sáng tó. Có lẽ sự oxy hóa nitơ có thề

xảy ra theo cá hai con đường vơ cơ và hữu cơ.
Q trình nitrat hóa nhờ các vi khn dị dưỡng có tam quan trọng đặc biệt bời nó

dể sinh trường và phát triển ờ mọi môi trường, cà ờ những nơi giàu hay ngèo chất
hữu cơ. Trong khi đó các vi khuẩn tự dưỡng thường có mặt ớ những nơi có ít chất
hữu cơ. Mặc dù khá năng oxy hóa NH/, các vi khuẩn dị dưỡng nhỏ hơn từ 103-1 o4

lần kha năng oxy hóa NH4+ của các vi khuẩn tự dưỡng, nhưng bù lại đó chúng có
khả năng phát triến nhanh hơn nhiều lần. Hơn nữa ngoài khã năng oxy hóa NH4+,
các vi khuẩn dị dưỡng cịn có cà enzyme khử nilral thành nitơ phân tứ, ngay cà

trong điều kiện có oxy bởi vậy chúng là những vi khuẩn lý tướng trong xừ lý các
môi trường bị ơ nhiễm bời NH4+, NOọ', NO3‘.

Nguyễn Đình An

18

LópCNSH 11.01-KI 8


PHẦN II. VẶT LIỆU VÀ PHU ONG PHÁP NGHIÊN cửu
2.1.

Đối tượng nghiên cún
Vi khuấn nitrat hóa thuộc chi Nitrosomonas và Nitrobacter.

2.2.

Phạm vi nghiên cún
Trang trại chăn nuôi lợn nhà Anh Vương Trí Hịa, Đồi Cao Thiên, Xã cần

Kiệm. Thạch Thất, Hà Nội.

2.3.
2.3.1.

Dụng cụ và hóa chất.
Dụng cụ

-

Nồi hấp tiệt trùng

- Bình tam giác

-

Tú cấy vơ trùng

- Pipet

-

Tủ ấm

-

-

Tú lạnh

- Máy lac ổn nhiệt

Đĩa petri

-

Ông nghiệm

- Máy đo pH

-

Giá đựng ống nghiệm

- Máy đo quang phố

-

Que cấy, que trang

- Kính hiển vi quang học

Thư viện Viện Đại học Mớ Hà Nội
2.3.2.

Hóa chất

-

(NH4)2SO4

- NaCL

-

NaNO2

- Na2CO3

-

K2HPO4

- CaCOi

-

MgSO4.7H2O

- Agar

-

FeSO4.7H2O

- cồn 90°

-

Glyxerol, lugol và các hóa chat cần thiết khác

Nguyễn Đình An

19

LópCNSH 11.01-KI 8