khảo sát quá trình phản nitrat hoá và nghiên cứu điều kiện xử lý nitơ trong hệ thống sbr thiếu khí

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Lời cảm ơn
Bản luận án này đợc hoàn thành tại Bộ môn hoá sinh và sinh học phân
tử, phòng 202- C4, Viện Công nghệ sinh học và Thực phẩm, Trờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc sự hớng dẫn rất tận tình, chu đáo, khoa
học của TS.Tô Kim Anh đã giúp đỡ tôi tận tình trong quá trình làm luận án tốt
nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ chân thành của các bạn sinh
viên trong nhóm Xử lý nớc thải chứa nitơ , đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo:
Trần Ngọc Hân.
Cho phép tôi đợc bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể anh, chị, em, các
bạn sinh viên làm việc tại các phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ sinh học và
thực phẩm, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của gia đình và bạn bè
trong suốt thời gian học tập để cho tôi hoàn thành bản luận án này.
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Đặt vấn đề
Hiện nay đã có rất nhiều lời cảnh báo về ảnh hởng của nớc thải chứa
nitơ đến môi trờng trong đó có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra ảnh hởng nghiêm
trọng của nớc ô nhiễm nitơ đến sức khoẻ của cộng đồng. Không chỉ ở Việt
Nam, mà trên thế giới hiện tợng này đã gây đau đầu không ít nhà khoa học
nghiên cứu về vấn đề này.
Các phơng pháp xử lý nớc ô nhiễm nitơ nói riêng và nớc thải nói chung
hiện nay có rất nhiều. Cùng vói nó là các hệ thống xử lý nớc thải khác nhau. ở
Việt Nam hiện nay đã áp dụng và nghiên cứu đợc một số hệ thống xử lý nớc
thải nói chung, tuy nhiên các hệ thống xử lý mới thì hiểu biết về nó còn hạn
chế.
Hệ thống SBR hiện nay đợc đánh giá là một giải pháp lý tởng nhất cho
ứng dụng thơng mại và đô thị. Đây là những gì EPA đánh giá về hệ thống này
Hệ thống SBR có một ứng dụng rộng rãi cho xử lý máy hoá với những lu l-

ợng nớc nhỏ, bởi vì nó cung cấp xử lý gián đoạn. Hệ thống này phù hợp lý t-
ởng cho các dòng chảy có lu lợng thay đổi rộng điều khiển bằng chế độ nạp
và rút, ngăn ngừa hiện tợng thoái hoá bùn mà hay gặp ở các hệ thống hiếu khí
mở rộng. Một thuận lợi khác của hệ thống là không cần nhiều ngời điều khiển
nhng hiệu quả xử lý vẫn rất cao.
ở Việt Nam hiện nay việc tìm hiểu, nghiên cứu về hệ thống này cha đợc
biết đến nhiều. Hi vọng rằng hệ thống này với những rất nhiều u điểm sẽ
nhanh chóng đợc quan tâm và triển khai tại Việt Nam.
Nhằm góp phần làm giảm ô nhiễm về nớc, cũng nh đóng góp vào việc
tìm hiểu và áp dụng các phơng pháp mới vào việc xử lý nớc thải chứa nitơ ở
Việt Nam chúng tôi tiến hành làm đề tài nghiên cứu : Khảo sát quá trình
phản nitrat hoá và nghiên cứu điều kiện xử lý nitơ trong hệ thống SBR thiếu
khí. Đề tài của bao gồm các phần sau :
1. Phân lập và tuyển chọn bùn hoạt tính phản nitrat hoá.
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hỏng đến khả năng phản nitrat hoá của bùn
hoạt tính nghiên cứu : Nồng độ N-NO3, nồng độ bùn, tỷ lệ C/N.
3. Thiết lập đợc hệ thống SBR.
4. Khảo sát khả năng xử lý nitơ trong hệ thống SBR : chu kỳ thông khí,
2
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
tỷ lệ C/N.
Trong đợt làm luận án này việc tìm hiểu về đề tài này đã mang lại cho
chúng tôi nhiều điều bổ ích. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên,
những thầy cô giáo đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình này.
Mọi ý kiến góp ý xin gửi về địa chỉ :
3
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Các ký hiệu, cụm chữ viết tắt dùng trong luận án
BBS (Blue Baby Syndrome) : Hội chứng xanh da.
Bộ KHCN & MT :Bộ Khoa Học Công Nghệ và Môi Trờng

BOD (Biochemical Oxygen Demand) :Nhu cầu oxy sinh học
COD (Chemiacal Oxygen Demand) :Nhu cầu oxy hoá học
ĐBSH :Đồng bằng sông Hồng.
ĐBSCL :Đồng bằng sông Cửu Long
DO (Dissolved Oxygen) :Nhu cầu oxy hoà tan
EPA (Environment protect agent) :Cơ quan bảo vệ môi trờng Mỹ
KCN :Khu công nghiệp
KCX :Khu chế xuất
NHL (lympho non-Hodgkin) :Bệnh u hệ bạch huyết
NH
4
+
:Amoni
NO
3
-
:Nitrat
NO
2
-
:Nitrit
N- NH
4
+
:Nit amoni
N- NO
3
-
:Nit nitrat
N- NO

2
-
:Nit nitrit
HNO
2
:Axít nitơ
O
2
:Oxy
Sắt nitronsyl :Fe
2
(SCH
3
)
2
(NO)
4
SBR (Sequencing Batch Reactor) :Thiết bị xử lý gián đoạn
SS (Suspend Solid) :Hàm lợng rắn huyền phù
Vin KTN & BVMT :Vin K thut Nhit i v Bo v mụi trng
VSV :Vi sinh vt
WHO ( World Health Organization) :Tổ chức sức khoẻ thế giới
4
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
phÇn I : tæng quan tµi liÖu
ch¬ng I : tæng quan vÒ « nhiÔm nguån níc
chøa nit¬
I.1. T×nh h×nh « nhiÔm nguån níc chøa nit¬ :
I.1.1Níc sinh ho¹t :
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 từ 2030 lần. Theo số liệu điều tra mới đây của Bộ Xây dựng cho thấy:
nước dùng để ăn uống ở các làng quê, thị xã, thành phố lấy từ nước giếng
khoan đều bị nhiễm nitơ liên kết: amoni, nitrat và nitrit. Bộ Xây dựng đã phân
loại từng địa bàn, tiến hành điều tra lấy mẫu nước sinh hoạt tại một làng, xã,
nông thôn, đồng bằng, thị xã và thành phố có mật độ dân cư cao và phát hiện
thấy mẫu nước sinh hoạt tại tất cả các thôn đều bị nhiễm nặng amoni từ
1530mg/l quá cao so với tiêu chuẩn cho phép. [9], [10], [11]
I.1.2Níc mÆt :
Số liệu về chất lượng nước mặt ở Việt Nam còn rất ít. Tuy các kết quả
thực nghiệm còn chưa được thực hiện nhiều nhưng cũng cho thấy mức độ ô
nhiễm ở hạ lưu một số con sông chính ngày càng tăng.
Chất lượng nước ở thượng lưu một số con sông chính còn rất tốt, trong
khi các vùng hạ lưu đã có dấu hiệu bị ô nhiễm do ảnh hưởng của các vùng đô
thị, và các cơ sở công nghiệp. Mạng quan trắc môi trường quốc gia tiến hành
quan trắc ở 4 con sông chảy qua các đô thị chính ở Việt Nam là sông Hồng
(Hà Nội), sông Cầu (Hải Phòng), sông Hương (Huế) và sông Sài Gòn (Thành
phố Hồ Chí Minh) và có một số con sông khác cũng được quan trắc (Bảng 1).
5
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I. I. Bảng 1 : Chất lượng một số con sông chính ở Việt Nam. [9]
Vùng Sông Vượt tiêu chuẩn loại A
ĐBSH Sông Hồng - Lào Cai –
Hà Nội
1.5÷2/NH
4
+
Sông Hồng đoạn từ Sông
Hồng đến Việt Trì

3.8/BOD
5
, 2/ NH
4
+
Sông Cầu 2/NH
4
+
Sông Thương 2.7/BOD
5
Bắc Trung Bộ Sông Hiếu 2÷3/BOD
5,
1.5÷1.8/NH
4
+
Sông Hương 2.5/BOD
5
Duyên Hải và Nam Trung Bộ Sông Hàn 1÷2/BOD
5,
1.4÷2.6/ NH
4
+
ĐBSCL Sông Sài Gòn 2÷4/BOD
5
Sông Thị Vải 10÷15/BOD
5
Các số liệu khảo sát do Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ môi trường
cũng cho thấy, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm trong các sông của Hà
Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Hải Dương, Bắc Giang, Huế, Đà
Nẵng, Quảng Nam và Đồng Nai cao hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều. số

liệu được trình bày ở bảng 2 :
I. Bảng 2 : Chất lượng nước ở các sông ngòi, ao hồ và kênh mương
vùng đô thị
Các xu thế cho thấy, giá trị đo được ở 2 thông số ô nhiễm cơ bản là :
6
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
amoni v nhu cu oxy sinh húa dao ng khỏ nhiu v vt mc tiờu chun
loi A mt vi ln (hỡnh sau). Tỡnh trng ụ nhim cng tr nờn trm trng hn
vo mựa khụ khi m cỏc dũng chy sụng ngũi h thp. S liu xem hỡnh 1
I. Hỡnh 1 : Nng BOD v NH
4
mt s sụng c quan trc
I.1.3Nớc ngầm :
ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, theo kết quả khảo sát của các cơ sở nghiên
cứu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia và Trờng đại
học Mỏ-Địa chất thì phần lớn nớc ngầm gồm các tỉnh: Hà Tây, Hà Nam, Nam
Định, Ninh Bình, Hà Nội, Hải Dơng, Hng Yên, Thái Bình đều bị nhiễm bẩn
bởi amoni rất nặng. [10], [11]
Mt nghiờn cu thc hin H Ni ó cnh bỏo v tỡnh hỡnh ụ nhim
amoni trong nc di t phớa Nam H Ni. Nng amoni trong nc ó
qua x lý ca 3 nh mỏy nc cao hn tiờu chun cho phộp 2ữ8 ln. Tt c
cỏc mu nc ly t tng nc trờn u cú hm lng amoni cao hn tiờu
chun nhiu ln. Cỏc nh khoa hc c tớnh l vi mc khai thỏc 700.000
m
3
/ngy nh hin nay thỡ s dn n nguy c h thp mc nc ngm xung
114 m v hin tng ụ nhim ngun nc di t s ph bin H Ni.
Nguy hi hn, mc ụ nhim ang tng dn theo thi gian, xó Yờn S
trong nm 2002 kt qu o c cho thy hm lng amoni l 37.2 mg/l hin
nay ó tng lờn 45.2 mg/l, phng Bỏch Khoa mc nhim t 9.4 mg/l, nay

tng lờn 14.7 mg/l, phng Tng Mai l 13.5 mg/l. Ngi dõn ti khu vc
7
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
ny cng tha nhn ngun nc ly t cỏc ging khoan rt c, vng. ễng
Trn Vn Dng, xó Yờn S, huyn Thanh Trỡ núi: "Chỳng tụi ch bit dựng b
cỏt lc ly nc n, song vn khụng kh ht mựi tanh v l l". Cú ni
cha tng b nhim amoni song nay cng ó vt tiờu chun cho phộp nh
Long Biờn, phng Trung Hũa, xó Tõy M, xó Trung Vn, ụng Ngc Hin
gi cỏc ngun nc nhim bn ó lan rng trờn ton thnh ph. Xác suất các
nguồn nớc ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn nớc sinh hoạt (3
mg/l) khoảng 7080%. Trong nhiều nguồn nớc ngầm còn chứa khá nhiều
hợp chất hữu cơ, độ oxy hoá có nguồn đạt tới 3040 mgO
2
/l. Tng nc
ngm di (cỏch mt t t 45 60 m) l ngun cung cp cho cỏc nh mỏy
cng b nhim bn. Hin cỏc nh mỏy nc H ỡnh, Tng Mai, Phỏp Võn,
Linh m ó b nhim amoni v cú hm lng st cao 1.2 19.5 mg/l. Nc
t cỏc nh mỏy ang ng trc nguy c nhim bn bi vn cha cú hng
mc x lý amoni. Duy nht, nh mỏy nc Nam D ang xõy dng h thng
ny vi chi phớ khong 40 t ng.
Nh vậy có thể nói rằng, khả năng nhiễm bẩn bởi amoni và hợp chất hữu
cơ trong nớc ngầm ở đồng bằng Bắc Bộ đã đến mức báo động và khả năng tác
động amoni lên cơ thể con ngời là chắc chắn. [10]
I.1.4Nớc thải :
khu vc kinh t trng im phớa Nam theo Vin KTND & BVMT,
mi ngy cỏc khu cụng nghip v cỏc khu ch xut thi ra trờn 137.000 m
3
nc thi cú cha gn 93 tn cht thi ra cỏc h thng sụng ng Nai, Th
Vi v Si Gũn. Trong khi ú thỡ ch cú 2 trong s 12 KCN v KCX ca thnh
ph H Chớ Minh, 3 trong s 17 KCN v KCX ca ng Nai, 2 trong s 13

khu ca Bỡnh Dng v khụng cú khu no ca B Ra Vng Tu cú h thng
x lý nc thi. Theo cỏc chuyờn gia v mụi trng khu vc kinh t trng
im phớa Nam, cn phi u t khong 5.7 nghỡn t ng (380 triu ụ la
M) n nm 2003 v 13 nghỡn t ng (687 triu ụ la M) n nm 2010.
8
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I.2. các nguồn gây ô nhiễm nitơ trong nớc :
S ụ nhim nitrat cng xut hin trong cỏc c cu a lý liờn quan n
lng nit t cỏc ngun khớ thi nh xe hi, cỏc khớ thi cụng nghip v cỏc
c tớnh ti tiờu cho t. Cỏc khu vc m t c ti tiờu tt v ngun
nit u vo cao thỡ nng nitrat cú trong ngun cung cp nc l cao nht.
Vớ d : mt vi khu vc rng ln ca cỏc bang c mnh danh l vnh ai
ng cc ca Midwestern M cú nng nitrat cao hn nng t nhiờn.
Mc ụ nhim tng lờn trong khi cỏc tỏc nhõn nhim bn cha c ngn
chn. Nhiu h dõn khoan ging bng nhng thit b khụng ỳng tiờu chun,
nc bn trờn b mt thm theo ng khoan i vo lũng t, tỡnh trng ny
cng ph bin trờn nhng rung rau ngoi thnh nh ụng Anh, Gia Lõm,
Thanh Trỡ. Cựng vi ú l rỏc thi nhiu khu dõn c khụng c thu gom
v x lý ó tỏc ng xu ti ngun nc. Cỏc yu t t nhiờn nh phõn hy
cht hu c trong than bựn cng l ngun gc gõy ụ nhim amoni.
I.3. thực trạng xử lý :
Để xử lý hoặc loại bỏ amoni trong nớc sinh hoạt ngời ta có thể sử dụng
một số giải pháp kỹ thuật nh trao đổi ion, clo hoá, sục khí, phơng pháp vi
sinh Trong tất cả các phơng pháp xử lý amoni, phơng pháp vi sinh đợc sử
dụng có hiệu quả trong thời gian gần đây, phơng pháp này có thể biến đổi
amoni thành nitơ dạng khí hoặc chuyển hoá tới dạng nitrat đỡ độc hại hơn, ở
Việt Nam đã có một số kết quả khả quan về phơng pháp này ở quy mô nhỏ
(xử lý 20ữ30 l/ngày).
Vấn đề nhiễm bẩn nớc chứa amoni và các hợp chất hữu cơ vẫn đang đợc
các nhà khoa học nghiên cứu. Tuy nhiên nhu cầu về công nghệ xử lý nớc

nhiễm amoni và các hợp chất nitơ trong nớc là rất cấp bách và không thể trì
hoãn.
9
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I.4. ảnh hởng của nguồn nớc chứa nitơ đến môi tr-
ờng:
Nớc thải giàu nitơ nếu không đợc xử lý trớc khi thải vào môi trờng sẽ
gây ra những ảnh hởng sau:
1. Gây hiện tợng phì dỡng trong hệ sinh thái nớc.
2. Làm cạn kiệt oxy trong nớc.
3. Gây độc với hệ sinh vật nớc.
4. Làm nớc ngầm ô nhiễm nitrat, ảnh hởng tới sức khỏe cộng đồng.
Hiện tợng phì dỡng trong nớc là do d thừa chất dinh dỡng dẫn tới sự phát
triển bùng nổ của các loài tảo và vi sinh vật, còn gọi là hiện tợng tảo nở hoa.
Khi đó mật độ thuỷ sinh vật trong hồ rất dày đặc làm cho nớc có độ màu và độ
đục cao. Ngoài ra khi một số lớn tảo chết đi sẽ cần lợng ôxy lớn tơng ứng để
phân huỷ dẫn đến hàm lợng ôxy hòa tan trong nớc bị cạn kiệt, làm chết các
sinh vật sống trong nớc.
Ti liu Hng dn v cht lng nc ung ca T chc Y t th
gii cng nh Tiờu chun 1329/2002 (B Y t) khụng coi amụni l cht gõy
nguy hi cho sc kho con ngi m xp vo nhúm cỏc cht cú th lm ngi
dựng nc than phin vỡ lý do cm quan (mựi, v). Tuy nhiờn, amụni li l yu
t gõy cn tr trong cụng ngh x lý nc cp th hin hai mt:
Th nht : nú lm gim tỏc dng ca clo l tỏc nhõn sỏt trựng ch yu
ỏp dng cỏc nh mỏy nc Vit Nam, do phn ng vi clo to thnh
monocloamin l cht sỏt trựng th cp hiu qu kộm clo hn 100 ln.
Th hai : amụni cựng vi mt s vi lng trong nc (hu c, pht
pho, st, mangan) l thc n vi khun phỏt trin, gõy hin tng
khụng n nh sinh hc ca cht lng nc sau x lý. Nc cú th b c,
úng cn trong h thng dn, cha nc. Nc b xung cp v cỏc yu t

cm quan.
Mt hin tng na cn c quan tõm l khi nng amụni trong nc
cao, rt d sinh nitrit. y ban chõu u quy nh mc ti a ca nitrat trong
nc ung l 50 mg/l, M l 45 mg/l, T chc sc kho th gii: 100 mg/l,
10
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
tiờu chun 1329/2002 (B Y t) ó ra mc gii hn 3 v 50mg/l i vi
nitrit v nitrat. Trong c th ng vt, nitrit v nitrat cú th nh hng n
sc kho vi 2 kh nng sau: chng mỏu Methaemoglobin v ung th tim
tng.
Chng mỏu Methaemo- globinaemia (hi chng xanh xao tr em)
Trên tạp chí Y học Môi trờng của Mỹ (EHP) số ra tháng 7 vừa qua có
đăng tải một bài viết nói về tình trạng mắc bệnh xanh da ở trẻ em khi sử dụng
nớc giếng bị nhiễm độc Nitrat, theo đó ngời ta đã cảnh báo tình trạng sử dụng
nớc giếng bị nhiễm độc Nitrat dùng cho trẻ em uống sẽ gây nên bệnh
methomo-globinaemia mà ngời ta quen gọi là hội chứng Blue Baby Syndrome,
hay còn gọi tắt là BBS.
Hội chứng BBS là một căn bệnh nguy hiểm xảy ra khi hemoglobin (Fe
2+
)
không có khả năng vận chuyển ôxi nên làm cho da trẻ em trở nên xanh tím,
gây kích thích, hôn mê. Nếu hàm lợng methemoglobin cao hơn 50% và không
đợc điều trị kịp thời có khả năng tử vong là điều khó tránh khỏi.
Những yếu tố gây hội chứng BBS có thể nhận biết dễ dàng nh thiếu hụt
enzyme cố hữu, viêm nhiễm, phản ứng thuốc và nếu tiếp xúc với hoá chất,
hàm lợng methemoglobin sẽ tăng nhanh chóng.
Nguyên nhân chính là do nớc sinh hoạt bị nhiễm độc nitrat. Tuy nhiên
thức ăn có hàm lợng nitrat và nitrit cao cũng là nguyên nhân gây bệnh. Những
đứa trẻ sơ sinh trong giai đoạn mới đợc 6 tháng tuổi dễ bị mắc căn bệnh này vì
hàm lợng Enzyme methemoglobin reductase (Enzyme tế bào máu đỏ có khả

năng chuyển hoá methemoglobin trở lại thành hemoglobin) tơng đối thấp.
Mối quan hệ giữa nớc giếng nhiễm nitrat và hội chứng BBS lần đầu tiên
đợc Hunter Comly, bác sĩ ở Iowa tìm thấy hồi đầu thập niên 40 khi ông điều
trị cho hai đứa trẻ mắc chứng da xanh. Cả 2 đứa trẻ này đều bị ốm sau khi
chúng dùng nớc giếng có hàm lợng Nitơ-Nitrat : 90ữ150mg/l. Sau khi Comly
cho công bố số liệu này, ngời ta nhận đợc nhiều báo cáo tơng tự có liên quan
đến 278 trờng hợp bị nhiễm độc ở 14 bang của nớc Mỹ và mới đây Sở Y tế và
dịch vụ cộng đồng ở Wisconsin đã tiến hành nghiên cứu mới và phát hiện ra
nhiều vụ nhiễm độc trầm trọng khác. Bởi vậy, các nhà khoa học Mỹ đã khuyến
cáo nhân dân trong các vùng Wisconsin không nên dùng nớc giếng cho các
cháu nhỏ và một khi phát hiện thấy những sự cố bất thờng phải đa trẻ đi khám
11
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
ngay.
Ngoài Mỹ, một số nớc Đông Âu, mức độ nhiễm độc nguồn nớc sinh hoạt
lấy từ giếng lên cũng rất cao. Ví dụ tại Transylvania ở Rumani trong thời gian
từ 1990-1994 trung bình cứ 100.000 trẻ em sơ sinh thì có tới 24 đến 363 ca
nhiễm độc.
Ung th tim tng :
iu kin pH axit ca d dy, nitrat chuyn húa thnh axit nitr. Rt
nhiu trong s ú c bit n nh l tỏc nhõn gõy ung th sỳc vt. Cỏc
nghiờn cu sinh hoỏ ngi ó ch ra rng nitrat trong nc kt hp vi cỏc
axit amin to ra cỏc hp cht trờn. Axit l mt tỏc nhõn nitro húa mnh,
phn ng vi cỏc thnh phn thc phm k c cỏc axit amin v hn hp st,
gõy tớch lu ln
2
O
c bp. Nhiu thớ nghim trờn hng lot ng vt (chut
cng, ) chng minh rng : nuụi bng thc n cú cha hm lng mui
nitrat cao gõy ra ung th.

Vi mt s ngi, bia l ngun nitrat ch yu: 4 chai bia con cú hm
lng nitrat trung bỡnh bng 2 ln lng hp th t thc n cú cha nitrat.
d dy ngi ln nhiu axit hn tr em nờn vic chuyn nitrat thnh nitrit b
hn ch. Nitrat l ngun nitrit ch yu trong rau v tht p, cũn s lng
trong nc ung khụng ỏng k. Thc ra nng nitrit trong rau thp
(khong 1 ppm trong rau ti) nhng do s lng n v nng nitrat cao
nờn rau l ngun nitrat quan trng, chim 75 % tng mc cung cp. Vớ d :
rau dip, cn tõy: 100 mg/kg; u H Lan, hnh, khoai tõy: ~200mg/kg. Cỏc
mc nitrat thay i theo mựa v iu kin trng trt. nitrat cũn cú mt trong
tht, thng trong quỏ trỡnh p tht, ngi ta hay tm tht sng vi mui cú
cha nitrat hoc tm Kali nitrat trong mt s gia v. Gii hn cao nht cho
phộp ca nitrat trong sn phm dm bụng v tht xụng khúi l 500 ppm, trong
tht p nitrat gii hn ti a l 200 ppm. p tht bng Natri nitrat v Kali
nitrat lm cho tht cú hng v thm v mu c trng, bo qun cho tht khi
b hng do s sinh trng ca vi khun k khớ gõy hi tim tng nh
12
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Clostridium botulinum, giới hạn tối đa Kali nitrat là 595 ppm.
Nitrat trong nước uống chỉ là nguồn rất nhỏ gây ra nitrit, tuy nhiên nếu
uống nhiều sẽ trở thành nguồn quan trọng. Người ta còn phát hiện thấy rau
muối ngâm trong nước nhiều tuần và bánh ngô cũng có hàm lượng nitrat và
nitrit cao. Trong rau muối phát hiện thấy chứa hỗn hợp sắt- nitronsyl, hợp
chất này không gây ung thư mà chỉ gây đột biến yếu, nhưng chúng có thể làm
tăng tác động ung thư của các hợp chất khác. Một số nghiên cứu cho thấy N-
nitrosamines và các hydrocacbon thơm làm tăng khả năng sinh u của ở động
vật. Trong bánh ngô thường bị nhiễm mốc Fusarium moniliform có thể tạo ra
nitrosamines, gây dễ tiếp xúc với mầm sinh ung thư tiềm tàng.
Một nghiên cứu của Viện ung thư quốc gia Mỹ gợi ý rằng sự nhiễm
Nitrate vào nước uống có thể liên quan đến sự gia tăng nguy cơ bệnh u
lympho non-Hodgkin (NHL) - một loại ung thư hệ bạch huyết, đặc biệt là ở

các vùng nông nghiệp. Sự gia tăng tần xuất tử vong do NHL cao nhất ở các
vùng này có thể được giải thích một phần là do những người nông dân ở đây
có tiếp xúc với thuốc trừ sâu.
Từ năm 1973, tần xuất mắc NHL ở Mĩ đã tăng lên khoảng 75%, một
trong những tốc độ gia tăng nhiều nhất trong số các loại ung thư chủ yếu.
Người ta dự đoán rằng vào năm 1996 sẽ có 52700 người dân Mĩ được chẩn
đoán NHL và 23300 người sẽ chết vì căn bệnh này. NCI dự đoán rằng 1/52
người nam giới và 1/61 người nữ giới ở Mỹ sẽ được chẩn đoán mắc bệnh
NHL trong đời và với cả hai giới thì cứ 100 người sẽ có gần một người chết vì
căn bệnh này.
Trong một nghiên cứu xuất bản trong số ra tháng 9 của tạp chí
"Epidemiology", các nhà nghiên cứu thuộc NCI, trung tâm y tế trường đại học
tổng hợp Nebraska tại Omaha, và trường đại học tổng hợp Johns Hopkins ở
Baltimore đã khảo sát lượng nitrat trong nước uống ở 90 phụ nữ và 66 nam
giới được chẩn đoán là NHL trong khoảng từ 1983 đến 1986 mà có dùng các
13
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
nguồn nước công cộng, đồng thời so sánh với nhóm chứng gồm 276 phụ nữ
và 251 nam giới ở cùng các hạt thuộc miền đông Nebraska mà cũng dùng
nguồn nước công cộng. Những người mắc NHL thường gặp ở nhóm dùng
lượng nitrat cao nhất (trung bình là > 6,3 mg mỗi ngày trong suốt độ tuổi
trưởng thành) nhiều gấp hai lần so với những người không mắc ung thư.
Những người có lượng nitrat trong nước uống cao hơn mức giới hạn qui định
của EPA 10mg/lít trong một năm hoặc hơn (chiếm tới 25% tổng số người
nghiên cứu) có nguy cơ mắc ung thư cao hơn 50% so với những người không
tiếp xúc với nitrat ở nồng độ đó. Kết quả cho thấy càng dùng nhiều nguồn
nước thì khả năng phát triển bệnh NHL càng lớn và những người bị NHL
thường gặp trong nhóm người dùng lượng nước chứa nitrate cao gấp 2 lần so
với những người không bị NHL.
NCI cũng đang tiến hành điều tra với các cư dân ở Lowa và Minnesota

là các bang làm nông nghiệp khác có các vùng với nguồn nước ngầm chứa
nhiều nitrat. Tiêu thụ nitrat cũng đang được nghiên cứu như là một yếu tố
nguy cơ có thể đối với ung thư dạ dày- một loại bệnh ít phổ biến hơn ở Mĩ so
với ở Châu Á và một vài khu vực khác trên thế giới.
Tiến sĩ Mary H. Ward, tác giả chính của nghiên cứu này phát biểu :
"Ðây là một trong những nghiên cứu dịch tễ học đầu tiên gợi ra một mối liên
hệ giữa nitrat trong nước uống và nguy cơ u lympho non-Hodgkin". Bà còn
cho biết thêm : “Những khám phá này có giá trị cao hơn nhiều bởi vì nitrat là
một chất gây ô nhiễm phổ biến có trong nước ngầm ở rất nhiều khu vực. Tuy
vậy, vẫn chưa chắc chắn liệu những khám phá này có phản ánh đúng tác dụng
của nitrat hay không". NCI đang triển khai một nghiên cứu bổ sung giúp xác
định một cách chắc chắn hơn xem liệu mối liên quan này có thực hay không
và nếu có thì nó ở mức độ nào.
Một phân tích riêng biệt các trường hợp mắc NHL và nhóm chứng là
những người sử dụng nước giếng cá nhân đã cho thấy không có liên hệ gì
14
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
giữa tần xuất NHL và mức nitrat trong nước giếng. Tuy nhiên, không giống
các nguồn nước công cộng, không có các ghi chép kéo dài nào về các nồng độ
nitrat trong các giếng cá nhân cả. Nồng độ nitrat trong nước giếng chỉ được
đo một lần, tại thời điểm nghiên cứu, đã gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu
trong việc xác định nguy cơ gây ung thư do tiêu dùng nitrrat đối với những
người sử dụng giếng nước cá nhân. Hai mươi phần trăm các giếng cá nhân có
mức nitrat vượt quá mức qui định của EPA. Nhìn chung, những người dùng
giếng cá nhân có vẻ như uống nước có chứa nồng độ nitrat cao hơn so với
những người dùng nước công cộng bởi vì các giếng cá nhân được xây dựng
đơn giản hơn và nông hơn.
Trong nghiên cứu này các nhà nghiên cứu cũng ước tính lượng nitrat
vào cơ thể thông qua nguồn thức ăn của từng người. Lượng nitrat trong thức
ăn càng cao (hầu hết là từ rau xanh như rau dền, rau diếp, củ cải đường) thì

nguy cơ mắc NHL càng thấp. Phát hiện dường như đối nghịch này có thể
được lý giải là do các tác dụng chống ung thư của các thành phần trong rau
xanh như vitamin C và các caroten (các hợp chất liên quan đến vitamin A).
Rõ ràng có mối quan hệ phức hợp giữa tỷ lệ mắc ung thư với mức nitrat
trong nước uống, mức nitrat/ nitrit trong thức ăn. Phải hết sức thận trọng và
nghiêm túc xem xét đầy đủ bằng chứng về các rủi ro đối với nitrat.
15
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
chơng II : Cơ sở quá trình khử Nitơ bằng
phơng pháp sinh học

Trờn trỏi t, a s nit nm bt ng trong ỏ v t v do s hot
ng ca cỏc vi sinh vt, nit c chuyn hoỏ thnh cỏc cỏc mui ho tan v
c sinh vt s dng. S chuyn hoỏ ca nit trong mụi trng ph thuc
vo nhiu yu t nh hng nh : pH, s phõn tng nc, nhit ,
mn Vic cung cp nit v cỏc chu trỡnh vt cht trong t nhiờn ph thuc
nhiu vo quỏ trỡnh phõn hu sinh hc cỏc hp cht cha nit trong mụi
trng. S trao i v phõn hu sinh khi khỏc nhau ỏng k gia cỏc ni
sng, kớch c v hot ng sng ca cỏc qun x vi sinh vt (VSV) v nm.
Trong cỏc mụi trng núng m v cú oxy, s phõn hu v gii phúng cht
dinh dng din ra nhanh chúng ( vựng nhit i, thi gian tn ti ca
cacbon trong lỏ cõy l 3 thỏng); rng ụn i t 4-16 nm; trong khi ú cỏc
h Bc bỏn cu cú th ti hn 100 nm). S phõn hu thng rt hn ch bi
lng nit cú sn. T l trung bỡnh ca C : N trong sinh khi VSV xp x 10 :
1; Thc vt cú t l C : N l 40 80 : 1 ngha l cú s thiu ht nit; ng vt
duy trỡ t l C : N gn bng t l ca VSV phõn hu, gõy phõn hy nhanh.
Trong t, t l C : N n nh nht l ~10.
Theo Begon (1990), khi mt cht cú hm lng N < 1.2 1.3% c
b sung vo t thỡ bt k ion NH
4

+ no cng c hp th, cũn khi cỏc cht
cú hm lng N > 1.8% c b sung thỡ cỏc ion NH4+ cú xu hng c
gii phúng.
Ton b nit trong chu trỡnh nit sinh hc din ra ch yu qua hot
ng c nh m ca cỏc vi khun sng trong cõy, cỏc to lc v cỏc VK
cng sinh trong r ca mt s loi thc vt (vớ d Rhizobium cú trong nt
sn ca r mt s loi h u). Nhng sinh vt ny cú kh nng chuyn húa
N2 thnh NH4+, mc dự ch chim t l nh dũng nit trờn ton cu, quỏ trỡnh
16
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
c nh m l ngun cung cp nit cao nht cho c 2 ni sng cn v
nc. NH
4
+ ch c cỏc thc vt s dng hn ch, hu ht nit c tớch ly
di dng NO
3
Vic chuyn húa nit hu c gm 4 giai on:
Amon húa: thy phõn protein v oxy húa cỏc axit amin thnh NH4+.
Nitrit húa: NH
4
+ t do c oxy húa nh vi khun sng trong cõy di
t (Nitrosomonas) v di bin (Nitrosococcus) t N
3
- thnh N
3
+, cho
NO
2

Nitrat húa: NO

2
- c oxy húa tip do vi khun Nitrobacter trong t
v nc bin cho NO
3
- (th N
5
-). Di dng ny nit c cỏc thc vt
sng trờn cn v di nc s dng.
Kh nitrat : trong iu kin khụng cú oxy (ngp ỳng, cn lng ) s
din ra quỏ trỡnh kh nitrat. Trong ú NO
2
- v NO
3
- c cỏc vi khun
s dng lm cht nhn electron (cht gõy oxy hoỏ) v chuyn thnh N
2
,
tr li nit cho khớ quyn. Nit c c nh gn b mt t cú th b
mt do kh nitrat húa. Quỏ trỡnh ny xy ra do cỏc vi khun nh
Pseudomonas denitrificans. Tuy nhiờn gn õy cú rt nhiu bi bỏo
nghiờn cu núi rng quỏ trỡnh kh nitrat cú th xy ra trong iốu kin
thiu khớ.
Theo Hardy v Havelka (1975), quỏ trỡnh c nh nit v kh nitrat cõn
bng trờn quy mụ ton cu v chim khong 2% tng nit tun hon.
II.1. Quá trình nitrat hoá :
II.1.1 Tác nhân sinh học :
Hai nhóm vi khuẩn quan trọng trong quá trình nitrat hoá là
Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn có : Nitrosospira, Nitrosolobus
và Nitrosovibrio cũng là vi khuẩn nitrat hoá.
Các nhóm vi khuẩn này là những sinh vật tự dỡng hiếu khí, chúng lấy

năng lợng từ sự ôxy hoá hợp chất nitơ vô cơ và sử dụng CO
2
để tổng hợp sinh
khối. Mỗi loài có khả năng ôxy hoá nitơ tới mức độ nhất định. Nitrosomonas,
Nitrosospira, Nitrosolobus và Nitrosovibrio có thể ôxy hoá NH
3
thành NO
2
-
17
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
nhng không thể ôxy hoá hoàn toàn thành NO
3
-
. Trong khi đó, Nitrobacter lại
chỉ ôxy hoá NO
2
-
thành NO
3
-
.
Trái với những vi sinh vật dị dỡng, vi khuẩn nitrat hoá tự dỡng phát
triển rất chậm, tốc độ tăng trởng trên một đơn vị NH
4
+
hoặc NO
2
-
bị ôxy hoá

thấp. Thời gian một thế hệ là 0.4ữ2.5 ngày đối với Nitrosomonas và 0.3ữ1.5
ngày đối với Nitrobacter. Sản lợng tế bào là 0,29g
tế bào khô
/g
N ôxy hóa
với
Nitrosomonas và 0.08g
tế bào khô
/g
N ôxy hóa
với Nitrobacter. Nhng cũng giống nh
các vi sinh vật khác, vi khuẩn nitrat hoá có thể sinh trởng ở tốc độ cực đại khi
điều kiện môi trờng là tối u và không có các chất độc.
Gần đây hàng loạt các loại vi khuẩn dị dỡng có khả năng ôxy hóa NH
4
+
và các hợp chất nitơ hữu cơ thành NO
2
-
, NO
3
-
đã đợc công bố. Ví dụ:
Methylococcus capsulata, Methylomonas methanica, Methylosinus
trichosporium, Pseudomonas methanicus, Thiosphaera pantotropha,
Thiobacilus novellus
Đại diện đặc trng cho nhóm vi khuẩn dị dỡng đợc nghiên cứu kĩ nhất là
T.pantotropha do Gupta phân lập. T.pantotropha không những có khả năng
ôxy hóa mạnh NH
4

+
và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ thành NO
2
-
và NO
3
-
mà
nó còn có khả năng khử NO
2
-
và NO
3
-
thành N
2
. [7, 13]
Các số liệu thu đợc gần đây cho thấy quá trình nitrat hóa nhờ các vi
khuẩn dị dỡng có tầm quan trọng đặc biệt bởi nó dễ sinh trởng và phát triển ở
mọi loại môi trờng, kể cả nơi giàu hay nghèo chất hữu cơ. Mặc dù khả năng
ôxy hóa NH
4
+
của các vi khuẩn dị dỡng nhỏ hơn từ 10
3
- 10
4
khả năng ôxy hóa
NH
4

+
của các vi khuẩn tự dỡng, song bù lại chúng lại có khả năng phát triển
nhanh hơn rất nhiều lần. Hơn nữa ngoài khả năng ôxy hóa NH
4
+
, các vi khuẩn
dị dỡng còn có cả enzim khử nitrat (nitrat reductaza) thành N
2
ngay cả trong
điều kiện có O
2
bởi vậy chúng cũng là các vi khuẩn lý tởng trong xử lý ô
nhiễm môi trờng do NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
.
Có 2 điều kiện cần phải đợc đáp ứng để quá trình nitrat hoá có thể xảy
ra. Thứ nhất, tuổi bùn phải đủ cao để ngăn sự rửa trôi của bùn theo nớc trong
hệ thống bùn hoạt tính. Thứ hai, thời gian tiếp xúc giữa vi khuẩn và amon phải
đủ dài. Ngoài ra các yếu tố nh DO, pH, nhiệt độ cũng ảnh hởng tới quá
trình. Vì vậy, để quá trình nitrat hoá đạt hiệu quả cao, cần tạo đợc môi trờng
thích hợp cho sự phát triển của cả hai nhóm vi khuẩn nitrat hoá.
II.1.2 Cơ chế của quá trình :
18

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Trong quá trình nitrat hoá, NH
4
+
bị ôxy hoá theo 2 bớc:
NH
4
+
+ 1,5 O
2

asNitrosomon
2H
+
+ H
2
O + NO
2
-
(1)
NO
2
-
+ 0,5 O
2


rNitrobacte
NO
3

(2)
Năng lợng sinh ra từ phản ứng (1) và (2) tơng ứng đợc cung cấp cho
Nitrosomonas và Nitrobacter để tổng hợp sinh khối. Trong đó, phản ứng (1)
sinh ra khoảng 58ữ84 kcal/mol NH
3
, phản ứng (2) sinh ra 15.4ữ20.9 kcal/mol.
Do đó, Nitrosomonas nhận đợc nhiều năng lợng hơn Nitrobacter.
Tổng hợp quá trình chuyển hoá NH
4
+
thành NO
3
-
:
NH
4
+
+ 2 O
2
= NO
3

+ 2 H
+
+ H
2
O (3)
Sử dụng công thức kinh nghiệm C
5

H
7
NO
2
biểu diễn tế bào vi khuẩn đợc
tổng hợp, có thể kết hợp phơng trình ôxy hóa NH
4
+
, NO
2
-
với sự tạo thành
Nitrosomonas và Nitrobacter tơng ứng nh sau:

15 CO
2
+ 13 NH
4
+


asNitrosomon
10 NO
2
-
+ 3 C
5
H
7
NO

2
+ 23 H
+
+ 4 H
2
O
5 CO
2
+ NH
4
+
+ 10 NO
2
-
+ 2 H
2
O

rNitrobacte
10 NO
3
-
+ C
5
H
7
NO
2
+ H
+

II.1.3 ảnh hởng của các yếu tố môi trờng tới quá
trình nitrat hóa :
II.1.3.1 ảnh hởng của nhiệt độ :
Nhiệt độ tối u cho quá trình sinh trởng của vi khuẩn nitrat hoá là
28ữ36
0
C trong đó khoảng nhiệt độ chấp nhận đợc là từ 5ữ50
0
C. Tuy nhiên, khi
nhiệt độ nhỏ hơn 15
0
C tốc độ nitrat hoá diễn ra chậm và hầu nh vi khuẩn nitrat
hoá không còn sinh trởng ở nhiệt độ nhỏ hơn 4
0
C. Nhiệt dộ quá cao làm biến
tính protein, gây chết vi sinh vật. Khoảng nhiệt độ gây chết vi khuẩn
Nitrosomonas ~55 ữ58
0
C .
Tốc độ tăng trởng cực đại của vi sinh vật và hằng số bán tốc độ chịu ảnh
hởng của nhiệt độ. Sự phụ thuộc của tốc độ tăng trởng riêng cực đại
à
max
và
hằng số bán tốc độ k
s
của Nitrosomonas vào nhiệt độ đợc cho bởi bảng sau :
[10]
Nhiệt
độ

à
max
,
ngày
-1
k
s
(gN/m
3
)
5 0,18 0,13
19
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
10 0,29 0,23
15 0,47 0,40
20 0,77 0,73
25 1,25 1,30
Mối liên hệ giữa hằng số bán tốc độ và nhiệt độ tuân theo định luật
Arrhenius nh sau :
K
s , Nitrosomonas
= 0,405 *e
0,118(T-15)
K
s , nitrobacter
= 0,405 * e
0,146(T-15)

ảnh hởng của nhiệt độ tới tốc độ tăng trởng riêng cực đại của vi sinh
vật theo những nghiên cứu khác nhau đợc mô tả theo các quan hệ khác nhau:

Nitrosomonas trong nớc sông và canh trờng thuần khiết :
à
max
=0,47 * e
0,098*(T-15)

Nitrosomonas trong bùn hoạt tính :
à
max
=0,18 * e
0,116(T-15)
Nitrobacter trong nớc sông :
à
max
= 0,79 * e
0,69(T-15)

II.1.3.2 ảnh hởng của DO :
Vì quá trình nitrat hoá là quá trình hiếu khí nên đòi hỏi sự có mặt của
ôxy. Theo tính toán ở phần trên, DO = 4,6 mg/mg N-NH
4
+
chỉ là vừa đủ để sử
dụng cho quá trình nitrat hoá. Trong hầu hết các hệ thống xử lý, ôxy còn đợc
sử dụng để ôxy hoá các chất khác ngoài NH
3
trong nớc thải, do đó tổng lợng
ôxy thực tế là cao hơn .
Nồng độ ôxy hoà tan có ảnh hởng quan trọng tới tốc độ sinh trởng của vi
khuẩn nitrat hoá và tốc độ quá trình nitrat hoá trong hệ thống xử lý nớc thải

sinh hoạt. Khi DO là chất nền giới hạn sự tăng trởng của vi sinh vật thì ảnh h-
ởng của DO tới tốc độ tăng trởng riêng của vi sinh vật đợc biểu diễn theo ph-
ơng trình Mônod nh sau :

à
N
=
DO
DO
K
nO
n
+
,
max,
*
à
DO : Nồng độ ôxy hoà tan , mg/l .
K
O,n
: Hằng số bán tốc độ độ , mg/l .
Giá trị hằng số bán tốc độ K
O,n
của quá trình nitrat hóa đợc nhiều tác giả
khác nhau xác định có giá trị trong khoảng 0.15ữ2 mg/l. Kết quả của một số
tác giả đợc cho bởi bảng sau :
Vi sinh vật K
O,n
,
mg/l

Tác giả
20
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Nitrosomo
nas
0,3
0,25
0,5
Loveless và Painter
(1968)
Peeters (1969)
Laudelot (1976)
Nitrobacter
1,84
0,72
Peeters (1869)
Laudelot (1976)
II.1.3.3 ảnh hởng của pH :
Theo một số tài liệu, giá trị pH tối u cho quá trình nitrat hoá là trong
khoảng 8ữ9. Thông thờng tốc độ quá trình nitrat hóa giảm khi pH giảm.
Bằng cách xác định tốc độ quá trình nitrat hóa, Meyerhof (1916) tìm
thấy pH tối u cho hoạt động của Nitrosomonas là khoảng 8.5ữ8.8 và cho
Nitrobacter là 8.3ữ9.3. Hofman (1973) bằng cách tơng tự tìm thấy pH tối u
cho cả hai loài vi khuẩn là 8.3 và xác định rằng tốc độ quá trình nitrat hóa gần
nh bằng 0 ở pH bằng 9.6. Wild (1964) kết luận pH tối u cho quá trình nitrat
hóa là 8.4 và trong khoảng từ 7.8ữ8.9 tốc độ quá trình nitrat đạt 90% tốc độ
cực đại. Trong điều kiện pH <7.0 hoặc > 8.9 tốc độ quá trình nitrat chỉ bằng
50% tốc độ cực đại. Painter (1972) xác định quá trình nitrat hóa giảm khi pH
< 6,7 và dừng hẳn khi pH trong khoảng 5-5,5.
Các kết quả trên xác định trong trờng hợp quá trình nitrat hóa đợc tiến

hành riêng. Trong trờng hợp kết hợp quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa thì
pH tối u là khoảng 7ữ8.
II.2. Quá trình phản nitrat hoá :
Phản nitrat là quá trình khử NO
3
+
thành khí N
2
theo 4 giai đoạn nh sau :
NO
3
-
NO
2
-
NO (k) N
2
O (k) N
2
(k)
Trong đó NO
2
-
, NO , N
2
O là sản phẩm trung gian và mỗi giai đoạn của
quá trình đợc xúc tác bởi 1 hệ enzym khác nhau . Quá trình này còn đợc gọi
là quá trình dị hoá .
II.2.1 Tác nhân sinh học :
Khác với quá trình nitrat hoá , số lợng vi khuẩn có thể thực hiện quá

trình phản nitrat hoá tơng đối phong phú . Có ít nhất 14 chủng vi khuẩn đợc
21
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
biết là có khả năng phản nitrat hoá. Ví dụ nh chủng: Bacillus ,
Pseudomonas , Methanomonas , Paracocus , Spirillum , Thiobacillus
Hầu hết vi khuẩn phản nitrat hoá là vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện, chúng có
thể sử dụng O
2
hoặc NO
3
làm chất nhận điện tử cuối cùng trong quá trình hô
hấp, trờng hợp vi khuẩn sử dụng ôxy làm chất nhận điện tử trong quá trình hô
hấp gọi là hô hấp hiếu khí , còn trờng hợp vi khuẩn sử dụng NO
3
-
hoặc NO
2
-
gọi là hô hấp thiếu khí . Cơ chế của 2 quá trình là tơng tự nhau, sự khác nhau
duy nhất giữa hô hấp hiếu khí và hô hấp thiếu khí là enzym xúc tác cho sự vận
chuyển điện tử. O
2
phải đợc loại trừ để tạo điều kiện cho quá trình phản nitrat
hoá diễn ra . Nếu cả O
2
và NO
3
-
cùng có mặt thì vi sinh vật sẽ sử dụng O
2

làm
chất nhận điện tử do hô hấp hiếu khí sinh ra nhiều năng lợng hơn hô hấp thiếu
khí.
Các vi sinh vật cần nitơ để tổng hợp protein, nguồn nitơ vi sinh vật có
thể sử dụng trực tiếp trong tổng hợp là NH
4
+
. Trong trờng hợp không sẵn có
nguồn NH
4
+
, một số vi sinh vật có khả năng khử NO
3
-
thành NH
4
+
để sử dụng.
Khi đó một phần nitơ đã đợc chuyển vào trong tế bào, quá trình khử nitơ kiểu
này đợc gọi là khử nitrat do đồng hoá .
Phần lớn vi khuẩn phản nitrat hoá là vi khuẩn dị dỡng tức là chúng cần
nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp tế bào, chỉ có một số ít vi khuẩn nitrat hoá
là vi khuẩn tự dỡng, sử dụng nguồn cacbon vô cơ để tổng hợp tế bào. Ví dụ :
Loài Thiobaccillus denitrificans có khả năng ôxy hoá lu huỳnh nguyên tố lấy
năng lợng và sử dụng nguồn cacbon từ CO
2
hoà tan hoặc HCO
3
-
để tổng hợp

tế bào .
II.2.1.1 Cơ chế của quá trình :
Phơng trình phản ứng mô tả quá trình phản nitrat hoá phụ thuộc vào
nguồn cacbon sử dụng. Với NO
3
-
là chất nhận điện tử và nguồn Cacbon là
metanol , axit acetic , mêtan và nớc thải ta có các phản ứng sau :
6 NO
3
-
+ 5 CH
3
OH 3 N
2
+ 5 CO
2
+7 H
2
O + (OH)
-
8 NO
3
-
+ 5 CH
3
COOH 4 N
2
+ 10 CO2 + 6 H2O
8 NO

3
-
+ 5 CH
4
4 N
2
+ 5 CO
2
+ 6 H
2
O + 8 (OH)-
10 NO
3
-
+ C
10
H
19
O
3
N 5 N
2
+ 10 CO
2
+ 3 H
2
O + NH
3
+10 (OH)-
Sự trao đổi điện tử trong quá trình thể hiện ở 2 phơng trình sau :

NO3- + 6 H+ +5 e- 0.5 N
2
+ 3 H2O
5 CH
3
OH + 5 H2O 5 CO
2
+ 30 H
+
+ 30 e
-
22
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Rõ ràng NO
3
-
nhận điện tử và bị khử thành N
2
, nguồn cacbon trong tr-
ờng hợp này là metanol bị mất điện tử và đợc ôxy hoá thành CO
2
. OH
-
sinh ra
trong phơng trình trên kết hợp với CO
2
tạo thành HCO
3
-
:

OH- + CO2 HCO3-
Khi đó các phản ứng đồng hoá và dị hoá nitơ là nh sau:
Dị hóa nitơ :
Khử NO
3
-
thành NO
2
:3NO
3
-
+ CH
3
OH 3NO
2
-
+ H
2
O + H
2
CO
3
Khử NO
2
-
thành N
2
: 2NO
2
-

+ CH
3
OH + H
2
CO
3
N
2
+ 2HCO
3
-
+2H
2
0
Khử NO
3
-
thành N
2
:6NO
3
-
+5CH
3
OH+H
2
CO
3
3N
2

+8H
2
O + 6HCO
3
-
Đồng hoá nitơ :
14CH
3
OH + 3NO
3
+4H
2
CO
3
3C
5
H
7
NO
2
+ 20H
2
O + 3HCO
3
-
Phản ứng kết hợp 2 quá trình đồng hoá và dị hoá :
NO
3
-
+1.08CH

3
OH+0.24H
2
CO
3
0.056C
5
H
7
NO
2
+0.47N
2
+1.68H
2
O+HCO
3
-
NO
2
-
+ 0.53 H
2
CO
3
+ 0.67 CH
3
OH
0.04 C
5

H
7
NO
2
+ 1.23 H
2
O + 0.48N
2
+ HCO
3
-
Trờng hợp có mặt ôxy vi khuẩn sẽ u tiên sử dụng ôxy làm chất nhận
điện tử, phản ứng xảy ra :
O
2
+ 0.93 CH
3
OH + 0.056 NO
3
-

0.056 C
5
H
7
NO
2
+1.04H
2
O+ 0.59 H

2
CO
3
+ 0.056 HCO
3
-
Theo lý thuyết lợng metanol cần thiết để khử NO
3
-
trong trờng

hợp
không kể đến tổng hợp tế bào là 1.9 mg CH
3
OH/mg NO
3
-
. Nếu kể cả tổng hợp
tế bào, lợng metanol cần thiết tăng lên là 2.47 mg CH
3
OH/mg NO
3
-
.
Tính toán tơng tự với lợng metanol cần thiết để khử NO
2
và O
2
có công
thức tính tổng lợng metanol cần thiết nh sau :

C
m
= 2,47 NO
3
-
-N + 1,53 NO
2
-N + 0,87 DO
C
m
: nồng độ metanol cần thiết , mg/l .
NO
3
-
-N : nồng độ NO
3
-
-N đợc khử , mg/l .
NO
2
-
-N :nồng độ NO
2
-
-N đợc khử , mg/l .
DO : oxy hoà tan đợc khử , mg/l .
II.2.2 ảnh hởng của các yếu tố môi trờng tới quá
trình phản nitRat hoá :
II.2.2.1 ảnh hởng của DO :
Quá trình phản nitrat hoá xảy ra khi NO

3
-
đợc vi sinh vật sử dụng làm
23
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
chất nhận điện tử trong phản ứng ôxy hoá chất hữu cơ thu năng lợng. Nếu
trong môi truờng có ôxy, vi sinh vật sẽ u tiên sử dụng ôxy làm chất nhận điện
tử, khi đó quá trình phản nitat hoá bị cản trở .ảnh hởng của lợng ôxy hoà tan
tới tốc độ quá trình phản nitat hoá có thể biểu diễn bằng phơng trình động học
Monod :

à
d
=
s
K
s
O
OA
OA
d
+
*
max,
à
S
O
: nồng độ oxi hoá tan , mg/l .
K
OA

: Hằng số bán tốc độ .
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ ôxy hoà tan là 1ữ2 mg/l
không ảnh hởng tới quá trình phản nitrat hoá trong hệ thống lọc sinh học nhng
trong hệ thống bùn hoạt tính thì nồng độ ôxy hoà tan nên nhỏ hơn 0.3 mg/l .
II.2.2.2 ảnh hởng của nhiệt độ:
Quá trình phản nitat hoá có thể xảy ra trong khoảng 5ữ35
o
C . Nhiều
loài vi khuẩn phản nitrat hoá dễ thích nghi với sự thay đổi nhiệt độ. Do đó
điều quan trọng là xem xét sự khác nhau giữa ảnh hởng của nhiệt độ trong
thời gian dài và thời gian ngắn tới quá trình phản nitrat hoá.
Tốc độ tăng trởng của vi sinh vật và tốc độ khử nitrat đều chịu ảnh hởng
tác động của nhiệt độ. Cần phân biệt 2 dạng phản ứng đối với nhiệt độ trong
quá trình phản nitrat hoá. Dạng phản ứng thứ nhất là phản ứng nhiệt độ tức
thời (nhanh) có thời gian phản ứng thờng nhỏ hơn so với phản ứng nhiệt độ lâu
dài . Phản ứng nhiệt độ lâu dài là hỗn hợp của phản ứng tức thời và sự thích
nghi của vi sinh vật .
Sự phụ thuộc của tốc độ phản nitrat hoá vào nhiệt độ có thể biểu diễn
bằng phơng trình sau :
à
d
t
max,
=
à
d
20
max,
*Y
T-20

Y : hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ .
Vì nhiệt độ thờng thay đổi chậm, nên sự phụ thuộc vào nhiệt độ lâu dài là
quan trọng hơn cả .
II.2.2.3 ảnh hởng của nồng độ cacbon
ảnh hởng của nồng độ cacbon tới tốc độ phản nitrat hoá cũng đợc mô
tả bằng phơng trình động học Monod. sử dụng metanol làm nguồn cung cấp
cacbon, phơng trình nh sau :
à
d
=
MK
M
M
d
+
*
max,
à
M : nồng độ metanol , mg/l .
24
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
K
M
: Hằng số bán tốc độ .
Giá trị của K
M
thờng rất thấp, thờng chấp nhận là : 0.1mg/l metanol .
II.2.2.4 ảnh hởng của pH :
Phản nitrat hoá không thể xảy ra khi pH thấp vì ở điều kiện đó vi khuẩn
phản nitrat hoá không hoạt động.

Nhiều nghiên cứu khác nhau chỉ ra các giá trị pH tối u cho quá trình
phản nitrat hoá khác nhau, nhng phần lớn nghiên cứu đều cho thấy rằng tốc độ
phản nitrat hoá có giá trị cao nhất trong khoảng 7.0 ữ7.5 .
Tác động của pH tới quá trình phản nitrat hoá cũng phụ thuộc vào thời
gian tác động. Tác động của pH trong thời gian ngắn là đáng quan tâm hơn cả
vì pH thờng thay đổi trong thời gian dài .
Trong quá trình kết hợp nitrat hoá phản nitrat hoá pH thờng ổn định do
quá trình phản nitrat hoá sinh ra axit nhng đợc trung hoà bởi kiềm do quá trình
phản nitrat hoá sinh ra .
II.3. quá trình mới trong xử lý nitơ :
Hiện nay có rất nhiều các nghiên cứu mới chỉ ra có nhiều quá trình mới
trong xử lý nitơ bằng phơng pháp sinh học là quá trình CANON &
ANAMOX. ở đây, trong khuôn khổ thời gian có hạn chúng tôi ở đây chỉ xin
trình bày về quá trình Anamox
Quá trình oxi hoá amon yếm khí ANAMOX (Anaerobic Ammonia
Oxidation) : [15], [16]
Quá trình quá trình oxi hoá amoni yếm khí, NO
2
-
đóng vai trò nh chất
nhận điện tử :
PTHH cho tổng hợp quá trình : NH
4
+
+NO
2
-
N
2
+H

2
O
Nghiên cứu đầu tiên về quá trình oxi hoá amoni hiếu khí là nghiên cứu
về vi khuẩn nitrat hoá hơn một trăm năm trớc do Winogradsky năm 1890 và
một số giải thích hoá sinh của quá trình đã đợc hai nhà bác học Kluyver và
Don ker năm 1926 mô tả. Những vi sinh vật oxi hoá amoni yếm khí đã bị lãng
quên suất một thời gian dài
Thí nghiệm đầu tiên để xác nhận quá trình oxi hoá amoni yếm khí đợc
trình bày và có bằng sáng chế do Mulder (1992,1995) . Vi sinh vật của quá
trình này đợc xác minh và trong quá trình này nitrit đợc xem nh chất nhận
điện tử . Hydroxylamone và hydrazine là những chất trung gian quan trọng .
Mặc dù ở gần điều kiện tối u nhng tốc độ phát triển rất thấp ( thời gian
25