nghiên cứu loại bỏ các hợp chất nitơ trong nước thải chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp sinh học

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Mở đầu
Hiện nay, tại Việt Nam, môi trờng làng nghề đang bị ô nhiễm nghiêm
trọng. Trong đó nớc thải từ các làng nghề đợc chú ý hơn cả. Hầu hết nớc thải
của làng nghề đều cha đợc xử lý đã xả thẳng ra môi trờng, gây ô nhiễm
nghiêm trọng tới môi trờng đất, nớc, không khí, đã ảnh hởng trực tiếp tới đời
sống của con ngời và các sinh vật sống xung quanh. Đặc biệt đối với làng nghề
chế biến nông sản thực phẩm, nớc sử dụng trong hầu hết các quá trình chế biến
nên thải ra môi trờng lợng nớc lớn. Theo số liệu khảo sát cho thấy hàm lợng
trung bình các chất ô nhiễm cơ bản trong nớc thải rất cao: COD từ 976-
3868mg/l, vợt từ 9,7 - 87 lần; BOD từ 642 - 2003mg/l, vợt TCCP 12,8 140
lần; các hợp chất Nitơ từ 20,9-1002mg/l, vợt TCCP 16,7 lần, pH thấp [4] Nh
vậy giá trị COD, BOD, SS và tổng nitơ đều cao chứng tỏ nitơ có nhiều trong
nớc thải chế biến nông sản vì nitơ tồn tại trong nớc ở dạng nitơ hữu cơ và vô
cơ. Các hợp chất nitơ có trong nớc thải là thành phần quan trọng gây hiện tợng
phú dỡng ở các ao, hồ, sông ngòi, ảnh hởng đến nớc mặt và nớc ngầm.
Bởi vì các hợp chất nitơ có trong nớc là chất dinh dỡng để sinh vật xây dựng tế
bào, nguồn thức ăn cho các loài tảo hoặc thực vật thuỷ sinh khác. Vì vậy để hạn
chế tình trạng ô nhiễm tại các làng nghề chế biến nông sản nhất là các hợp chất
nitơ thì phơng pháp sinh học áp dụng để xử lý loại nớc này là hợp lý hơn so
với các phơng pháp khác. Xuất phát từ những lý do trên, với mục đích nghiên
cứu khả năng áp dụng phơng pháp xử lý sinh học để xử lý các hợp chất nitơ
trong nớc thải chế biến tinh bột sắn. Vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:
Nghiên cứu loại bỏ các hợp chất Nitơ trong nớc thải chế biến tinh bột
sắn bằng phơng pháp sinh học ở làng nghề Dơng Liễu - Hoài Đức - Hà Nội.
Hy vọng sẽ giải quyết đợc tình trạng ô nhiễm môi trờng tại địa phơng
đặc biệt là ô nhiễm các hợp chất nitơ, đóng góp cho sự phát triển bền vững nông
thôn nói chung và các làng nghề nói riêng trong công cuộc CNH- HĐH đất
nớc.

Hong Thị Hoa MSSV: 505303021

1
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
CHƯơNG 1. Tổng quan ti liệu
1.1. Làng nghề Dơng Liễu
1.1.1. Điều kiện tự nhiên
* Vị trí địa lý khu vực
Làng nghề Dơng Liễu nằm trên dải đê sông Đáy cách thành phố Hà Nội
25 km về phía Tây Bắc, thuộc địa phận huyện Hoài Đức. Ranh giới cụ thể của xã
nh sau:
- Phía Đông giáp xã Đức Thợng
- Phía Tây giáp sông Đáy
- Phía Nam giáp với xã Cát Quế
- Phía Bắc giáp xã Minh Khai
* Khí hậu
Do làng nghề nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ nên có chung kiểu khí
hậu khu vực:
- Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mùa hè nóng và ma nhiều, mùa đông
lạnh và ma ít.
- Nhiệt độ trung bình hàng năm là 23,6
o
C.
- Lợng ma trung bình hàng năm là 1700 -1800mm phân bố không đồng
đều trong các tháng.
- Độ ẩm tơng đối trung bình 80 90%.
- Có 2 hớng gió rõ rệt: Gió Đông Bắc trong mùa đông và gió Đông Nam
trong mùa hè.
1.1.2. Điều kiện kinh tế - x hội
* Dân số [1]
Tổng số dân toàn xã khoảng 11.794 ngời, trong đó số Nam giới là 6034
ngời, Nữ giới là 5700 ngời Số hộ dân: 2652 hộ, mức độ tăng dân số:

0,946%/năm


Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
2
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
* Lao động và việc làm
Tính đến hết tháng 6 năm 2006 toàn xã có 25 công ty TNHH và công ty cổ
phần trong đó có 18 công ty tham gia vào quá trình sản xuất và chế biến nông
sản, hơn 300 hộ gia đình sản xuất với quy mô vừa và nhỏ [1]. Giải quyết công
ăn việc làm cho nhân dân và thu hút đáng kể lao động từ các địa phơng khác tới
tham gia. Toàn xã hiện có khoảng 6.500 lao động, trong đó 3.000 lao động là nữ,
riêng lao động bên ngoài đến làm thuê khoảng 300 - 500 lao động. Bình quân
thu nhập đạt 7 triệu/ngời /năm[1].
Bảng 1. Cơ cấu lao động phân theo ngành sản xuất [1]
STT Ngành Số hộ Số LĐ
1 Nông nghiệp 714 1.699
2 CN TTCN (cả hộ kiêm) 1.193 3.050
3 Thơng mại Dich vụ 745 1.657
Tổng cộng 2652 6.388

1.1.3. Hoạt động sản xuất v chế biến tinh bột sắn
1.1.3.1. Tình hình chế biến tinh bột sắn trong nớc
Sắn là một loại cây có củ quan trọng đợc trồng rộng rãi ở nhiều vùng
nhiệt đới trên thế giới, ở nớc ta cây sắn đóng vai trò quan trọng trong đời sống
kinh tế xã hội và là loại lơng thực đứng thứ 2 sau gạo. Cây sắn đợc trồng ở
nhiều nơi và trên nhiều loại đất khác nhau nhng phổ biến ở vùng trung du, miền
núi, thờng tập trung chủ yếu ở 3 vùng: miền nam tập trung ở Tây Ninh, Bình
Phớc, Đồng Nai và Bình Thuận; miền Trung tập trung ở Đắc Lắc, Gia Lai,
Quảng Ngãi, Quảng Nam; miền Bắc tập trung ở Hà tây, Phú Thọ. Tính đến năm

2006 sản lợng sắn củ cả nớc 7.714.000 tấn với tổng diện tích đất trồng sắn ở
nớc ta là 474.800 ha [14]. Cây sắn có khả năng chịu hạn tốt, cách thức trồng
đơn giản, thích hợp với nhiều loại khí hậu và có năng suất cao hơn các loại cây
trồng khác và đạt ổn định trên nhiều loại đất. Bột sắn đợc sử dụng với nhiều
mục đích khác nhau, hiện nay bột sắn không chỉ dùng làm nguồn lơng thực
truyền thống mà còn đợc sử dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp nh:
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
3
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
ngành dệt, thực phẩm, thức ăn gia súc, dợc phẩm ở các nớc công nghiệp
phát triển, bột sắn đợc dùng để chế biến thành các loại thức ăn khô cho ngời
rất tiện ích. Thành phần hoá học của củ sắn đợc thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2. Thành phần hoá học của sắn củ [3]
STT Thành phần Hàm lợng
(%)
STT Thành phần Hàm lợng
(%)
1 Nớc 64 - 74 6 Xenlulo 1-3
2 Tinh bột 20 - 34 7 Độc tố 0,001 - 0,04
3 Protein 0,8 - 4,2 8 Tro 0,54
4 Lipit 0,3 - 0,4 9 Các Polyphenol 0,1 - 0,3
5 Pectin, đờng 1 - 3,1

Nhu cầu của thế giới về bột sắn ngày càng tăng nhanh, nhất là tại các thị
trờng Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc và Nhật Bản, bên cạnh các thị trờng
tiêu thụ truyền thống nh EU và Mỹ. Để tăng giá trị xuất khẩu của cây sắn ở
nớc ta số lợng nhà máy chế biến tinh bột sắn đã đợc xây dựng và mở rộng
thêm chủ yếu ở miền Nam. Do đó, ngành chế biến tinh bột sắn tại Việt Nam đã
có sự phát triển nhanh chóng. Từ cây lơng thực chống đói cây sắn Việt Nam
đã có khối lợng xuất khẩu cao trên thế giới [12], và trở thành cây xoá đói giảm

nghèo của bà con nông dân. Năm 2006, cả nớc đã có tới 52 nhà máy chế biến
tinh bột sắn quy mô lớn, với tổng công suất chế biến công nghiệp là 3.500 tấn
tinh bột sắn/ ngày tơng đơng 14.000 tấn củ, cha tính đến các cơ sở t nhân
quy mô nhỏ và các làng nghề truyền thống [40]. Các nhà máy hiện có nay cũng
chỉ đủ năng lực để chế biến khoảng 40% sản lợng sắn củ hiện tại. Theo dự kiến,
diện tích trồng sắn trên cả nớc sẽ còn tăng lên đáng kể trong những năm tới.
Với tình hình nh vậy ngành chế biến tinh bột sắn sẽ còn phát triển mạnh và số
nhà máy sẽ còn tăng trong tơng lai. Dựa trên đặc điểm và nhu cầu tiêu thụ tinh
bột sắn tại địa phơng, làng nghề Dơng Liễu đã chế biến tinh bột sắn theo quy
mô hộ gia đình để phục vụ một số ngành khác có nhu cầu tại địa phơng và các
vùng phụ cận.
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
4
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
1.1.3.2. Quy trình sản xuất và chế biến tinh bột sắn (CBTBS) [3]
1. Rửa, cạo vỏ
Sắn nguyên liệu đợc đa qua công đoạn rửa cạo vỏ bằng máy li tâm.
Mục đích của khâu rửa cạo vỏ là loại bỏ tạp chất bám bẩn vào nguyên liệu và
loại bỏ 1 phần độc tố có trong sắn (HCN). Lợng nớc dùng trong khâu cạo vỏ
khoảng 2- 3 m
3
/tấn củ sắn.
2. Xay nghiền
Quá trình này không dùng nớc, sau khi đợc rửa cạo vỏ nguyên liệu củ
đợc đa vào nghiền đến độ mịn thích hợp để phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột.
Đối với sắn nguyên liệu trớc khi đem nghiền cần phải ngâm trong nớc 15 - 20
phút để tách bớt độc tố (chứa CN
-
) có trong củ sắn. Sau đó đa qua công đoạn
lọc tách bã.

3. Lọc, tách bã
Bột nhão sau khi nghiền đa sang công đoạn lọc tách bã bằng máy vắt li
tâm, phần tinh bột hoà tan trong nớc đợc đa sang bể lắng, phần bã và sơ sợi
đợc tách ra. Lợng nớc cần cho công đoạn này là khoảng 6 -10 m
3
/ tấn nguyên
liệu sắn.
4. Quá trình lắng
Lắng lần 1: Tách bột đen (có lẫn các tạp chất khác nhau) và bột tơi riêng
ra. Nớc thải có chứa hàm lợng chất hữu cơ cao, do sự phân huỷ của vi sinh vật
nên nớc có mùi chua.
Lắng lần 2: tinh bột thu đợc qua lắng lần 2 là bột loại 2. Thời gian lắng
của tinh bột sắn từ 10 - 12 giờ. Sau khi tách bột đen, tinh bột thô đợc rửa sạch
lần 2, dùng máy khuấy cánh quạt đánh tơi và hoà tan bột trong nớc, để lắng,
gạn nớc để tách riêng bột làm khô bằng tro xỉ sạch. Sản phẩm bột thu đợc dới
dạng bột ẩm 50%.
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
5
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Sắn củ
Bóc vỏ ngoài, rửa
Nghiền
Lọc
Lắng lần 1
Thu tinh bột
Phơi khô
Nớc thải
(1)
Nớc cấp
Bã

Lắng lần 2
Thu bột đen
Sản phẩm
Làm thức
ăn cho gia
súc
Nớc thải
(2)
Nớc cấp
Hình 1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn
1.1.3.3. Hiện trạng môi trờng trong sản xuất tinh bột sắn
Môi trờng nớc

Lợng nớc thải sinh ra trong quá trình chế biến tinh bột là rất lớn, trung
bình 10 -20 m
3
/tấn sản phẩm, nớc sử dụng trong toàn bộ quá trình sản xuất
không đợc tuần hoàn, tái sử dụng, tất cả các loại nớc thải đều thải thẳng ra
môi trờng gây ô nhiễm nghiêm trọng, lợng nớc xả thải tơng đơng với
lợng nớc sử dụng cho sản xuất. Những dòng nớc thải này chảy ra các con
kênh, mơng, sông, gần đó làm cho các khu vực này trở nên ô nhiễm nghiêm
trọng.
Nớc thải (1): là nớc thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ
các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nớc thải này chiếm một lợng nhỏ
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
6
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
khoảng 2m
3
nớc thải/ tấn sắn củ, chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh

(vỏ sắn, đất cát ).
Nớc thải loại (2): Là nớc thải ra trong quá trình lọc sắn, chiếm một
lợng lớn khoảng 10m
3
nớc thải/ tấn sắn củ: có hàm lợng chất hữu cơ cao, hàm
lợng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lợng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục.
Hai loại nớc thải trên thờng xả thải trực tiếp ra hệ thống thoát nớc
chung, gây ô nhiễm nghiêm trọng tới thuỷ vực. Tính axit của nớc thải có thể
huỷ diệt các sinh vật dới nớc và môi trờng sống của chúng, ngăn cản quá
trình tự làm sạch của thuỷ vực. Chất rắn lơ lửng có trong nớc thải sau khi đi vào
thuỷ vực, có thể lắng ở đáy thuỷ vực và huỷ hoại vùng sinh sản của các loài cá
sinh sống trong đó. Các chất hữu cơ phân huỷ đã làm giảm hàm lợng oxy hoà
tan trong thuỷ vực, gây mùi hôi thối và hậu quả là thuỷ vực ở đó không thể phù
hợp cho bất kỳ mục đích sử dụng nào.
Bảng 3. Thành phần ô nhiễm đặc trng của nớc thải tinh bột sắn [3]
STT Thành phần Giá trị
(mg/l)
STT Thành phần Giá trị
(mg/l)
1 COD 7.000 - 40.000 5 CN
-
10-40
2 BOD
5
6.000 - 23.000 6 pH 3,5-5
3 SS 4.000 - 8.000 7 Tổng phốt pho 11-46
4 Tổng nitơ 42 - 262

Giá trị BOD cao trong nớc thải cũng gây tác động bất lợi đối với thuỷ
vực, làm giảm nhanh hàm lợng oxy hoà tan của nớc và tăng cờng sự sinh

trởng của các sinh vật gây hại trong thuỷ vực.
Môi trờng không khí

Do đặc thù của làng nghề chế biến tinh bột sắn là tất cả các công đoạn chế
biến và vận hành đều là quá trình ớt. Do vậy các vấn đề môi trờng chủ yếu
liên quan đến môi trờng nớc. Ô nhiễm không khí chủ yếu là mùi hôi do sự
phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ dạng rắn và trong nớc thải sinh ra: H
2
S,
NH
3
[4]. Chúng tạo ra các mùi chua, nồng bốc ra từ nớc thải, bã thải ở các hộ
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
7
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
sản xuất, từ cống rãnh lộ thiên trong làng. Ngoài ra do hoạt động vận chuyển
nguyên nhiên liệu nên cũng gây ra ô nhiễm bụi tại làng nghề.
Ô nhiễm chất thải rắn

Chất thải rắn từ sản xuất tinh bột bao gồm vỏ và bã, có lẫn cả tạp cát sạn.
Bã sắn chứa chủ yếu là xơ (xenlulo) và một luợng tinh bột. Vỏ lụa của sắn chứa
chủ yếu là pectin, tinh bột và sơ. Trung bình 1 tấn sắn là 0,4 tấn bã; 0,05 tấn vỏ
và đất cát. Hiện nay bã thải sắn đợc tận thu làm thức ăn cho các và nuôi lợn.
Một phần bị trôi theo nớc thải xuống cống rãnh gây tắc nghẽn, khi phân huỷ
gây mùi hôi thối. Nguồn thải này góp phần chính làm ô nhiễm môi trờng đất và
trực tiếp gây ô nhiễm môi trờng không khí cũng nh ảnh hởng đến chất lợng
nớc mặt, nớc ngầm.
1.2. Hợp chất nitơ trong tự nhiên và các vấn đề môi trờng
1.2.1. Chu trình nitơ và các phản ứng chuyển hoá sinh hoá - hoá học

1.2.1.1. Chu trình nitơ
Nitơ là nguyên tố chiếm gần 80% thể tích khí quyển. Nitơ tham gia vào
thành phần cấu trúc của protein cho nên đóng vai trò quan trọng nh một yếu tố
giới hạn đối với nhiều quá trình sinh hoá diễn ra trong cơ thể, đặc biệt trong thời
kỳ tăng trởng.
Nitơ phân tử có nhiều trong khí quyển, nhng không phải sinh vật nào
cũng kiếm đợc, chỉ một số rất ít nh các vi khuẩn cố định đạm có thể kiếm
đợc. Bản thân thực vật cũng dinh dỡng đạm ở dạng nitrat (NO
3
-
) hoặc ion
amon (NH
4
+
). Sinh vật sản xuất hấp thụ và đồng hoá rồi chuyển cho các nhóm
sinh vật khác, cuối cùng bị phân huỷ trả lại nitơ cho môi trờng.



Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
8
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Hì
nh
2.
Ch
u
trì

nh
Nit
ơ
C
ác công đoạn trong chu trình nitơ:
Sự cố định đạm
Cố định đạm trớc hết đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử nitơ để tách nó ra thành
2 nguyên tử ( N
2
2N) trong cố định nitơ sinh học thì đòi hỏi năng lợng với giá
trị 160 Cal/mol. Khi kết hợp nitơ tự do với hyđro thành amoniac (NNH
3
) phản
ứng giải phóng 13 Cal/mol, năng lợng đa vào quá trình cố định đạm là 147
Cal/mol. Loại trừ đối với quá trình quang hợp, tất cả các sinh vật cố định nitơ
đều cần năng lợng.
Quá trình amon hoá hay khoáng hoá
Sau khi kết hợp chất nitơ vô cơ (NO
3
-
) thành dạng hữu cơ (thờng là nhóm
amin- NH
2
) thông qua sự tổng hợp protein và axit nucleic thì phần lớn chúng lại
quay về quá trình nh các chất thải của quá trình trao đổi chất (urê, axit uric )
hoặc chất sống (protoplasma) trong cơ thể chết. Rất nhiều vi khuẩn dị dỡng,
actinomyces và nấm trong đất, trong nớc lại sử dụng các chất hữu cơ giàu đạm,
cuối cùng giải phóng ra môi trờng các dạng vô cơ (NO
2
-

, NO
3


và NH
3
)
Quá trình nitrat hoá
Quá trình biến đổi của NH
3
, nitrit thành NO
2
-
, NO
3

-
,
đợc gọi là quá trình
nitrat hoá. Quá trình nitrat hoá phụ thuộc vào pH của môi trờng, trải qua 2
bớc:
- Biến đổi amoniac thành nitrit (NH
4
+
NO
2
-
)
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
9

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
10
- Biến đổi nitrit thành nitrat (NO
2
-
NO
3
)
Những đại diện của Nitrosomonas có thể biến đổi amoniac thành nitrit
một chất độc thậm chí với hàm lợng nhỏ. Những sinh vật khác nh Nitrobacter
lại dinh dỡng bằng nitrit, tiếp tục biến đổi nó thành nitrat.
Quá trình phản ứng nitrit
Con đờng chuyển hoá của nitrat qua các quá trình đồng hoá - dị hóa để
trở về dạng nh N
2
, NO, N
2
O đợc gọi là quá trình phản ứng nitrat. Vi khuẩn
đóng vai trò quan trọng trong quá trình này là Pseudomonas, Escherichia và
nấm. Chúng sử dụng nitrat nh nguồn oxy với sự có mặt của glucozo và
photphat. Phần lớn những vi khuẩn phản ứng nitrat chỉ khử nitrat đến nitrit, song
những loài khác lại khử nitrit đến amoniac. Trừ khi bắt đợc trở lại trong quá
trình cố định nitơ, nitơ phân tử đợc giải phóng trong quá trình phản ứng nitrat
có thể trở lại nguồn dự trữ ở khí quyển. Dù ở dạng oxit nào hay nitơ phân tử có
đợc tạo thành hay không đều tuỳ thuộc vào pH của môi trờng. Sự tăng tiến của
nitơ oxit ( NO) xuất hiện ở pH < 7. Nếu ở pH >7,3 thì dinitơ oxyt (N
2
O) có xu
hớng bị tái hấp thụ và tiếp theo bị khử trong quá trình phản ứng nitrat trở thành

nitơ phân tử.
1.2.1.2. Các phản ứng chuyển hoá sinh hoá - hoá học

* Các phản ứng trong thuỷ quyển và sinh quyển:

CO(NH
2
)
2
+ 2H
2
O NH
4
+
+ NH
3
+ HCO
3
-


NH
4
+
+ 1,5O
2
H
2
O + NO
2

-

+ 2H
+


NO
2
-
+ 0,5O
2
NO
3
-


NO
3
-
+ 6H
+
+ 5e
-
5N
2
+ 3 H
2
O
6NO
3

-
+ 5CH
3
OH + 6H
+
5CO + 3N
2
+ 13H
2
O
8NO
3
-
+ 5CH
3
COOH + 8H
+
4N
2
+ 10CO
2
+ 14H
2
O
* Các phản ứng trong khí quyển:
U
r
êase
Nitrosomona
s

Nitrobacter
Kh
ử
ni
t
r
at
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
11
N
2
+ O
2
2NO
HC + N
2+
HCN + N
C
2
+ N
2
2CN
N
2
O + O 2NO
NH
3
+ OH NH
2

+ H
2
O
NH
2
+ NO H
2
N NO N
2
+ H
2
O

R CH
2
- NH
2
R CH - NH
2
RCHO + NH
2
+ NO

RCHO + N
2
+ H
2
O

R
2
NH R
2
N


1.2.2. Ô nhiễm các hợp chất nitơ
Nitơ tồn tại ở các dạng chủ yếu sau: Nitơ hữu cơ (N-HC), nitơ amoni (N-
NH
4
+
/N-NH
3
), nitơ nitrit (N-NO
2
), nitơ nitrat (N-NO
3
-
) và N
2
tự do. Nitơ là
nguyên tố chính xây dựng tế bào tổng hợp protein nên số liệu về chỉ tiêu nitơ là
rất cần thiết để xác định khả năng có thể xử lý một loại nớc thải nào đó có thể
xử lý bằng phơng pháp sinh học đợc hay không [9]. Chỉ tiêu hàm lợng nitơ
trong nớc đợc xem nh là chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nớc vì amoni
(hay NH
3
) là sản phẩm phân huỷ các chất chứa protein, trong điều kiện hiếu khí
xảy theo sơ đồ sau:

R
2
N - NO (đialkylnitrosamin)
R
2
N-NO
2
(đialkylnitramiđ)
NO
x
+O, O
2
+OH
- H
2
O
+ O
2
+ OH
- H
2
O
+NO
+ NO
2
-

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT

Hình 3. Quá trình phân giải Protein trong điều kiện hiếu khí
Nitrosomonas
Nitrobacter
NO
-
2


NH
3
(NH
4
+
)

Oxy hoá

NO
3
-


Protein
Amoni hầu nh không có ảnh hởng trực tiếp tới sức khoẻ con ngời,
nhng trong quá trình khai thác, lu trữ và xử lý amoni đợc chuyển hoá thành

nitrit (NO
-
2
) và nitrat (NO
3
-
) là những chất có tính độc hại đối với con ngời.
Nitrit là chất rất độc vì nó có thể chuyển hoá thành các nitrosamin, những chất
này có khả năng gây ung th cho con ngời [12]. Nitơ tồn tại trong hệ thuỷ sinh
ở nhiều dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ, các dạng nitơ vô cơ cơ bản tồn tại với tỉ
lệ khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện của môi trờng nớc. Nitrat là muối nitơ vô
cơ trong môi trờng nớc đợc sục khí đầy đủ và liên tục, nitrit tồn tại trong điều
kiện đặc biệt, còn amoniac (NH
3
) và ion NH
4
+
tồn tại trong điều kiện kị khí.
Amoniac hoà tan trong nớc tạo thành dạng hyđrôxit amoni (NH
4
OH) và sẽ phân
ly thành ion NH
4
+
và OH
-
. Quá trình oxi hoá có thể chuyển tất cả các dạng nitơ
vô cơ thành ion nitrat, còn quá trình khử sẽ chuyển hoá chúng thành dạng ion
amoni. Nitơ không những chỉ có thể gây ra các vấn đề phú dỡng mà khi chỉ tiêu
N - NO

3
-
trong nớc cấp sinh hoạt vợt quá 45 mg/l gây ra mối đe doạ nghiêm
trọng đối với sức khỏe con ngời.
Trong đờng ruột trẻ nhỏ thờng tìm thấy loại vi khuẩn có thể chuyển hoá
nitrat thành nitrit. Nitrit có ái lực với hồng cầu trong máu mạnh hơn oxy, khi nó
thay thế oxy sẽ tạo thành methermoglobin, hợp chất này không thể nhận oxy và
gây ra bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ (methermoglobinemia), thậm chí có thể gây tử
vong. Tại Transylvania ở Rumani từ 1990 -1994 trung bình cứ 100.000 trẻ em sơ
sinh thì có tới 24 đến 363 ca nhiễm độc. Sự nguy hiểm của NO
3
-
đã đặt ngời
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
12
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Mỹ quy định trong Đạo luật về An toàn Nguồn nớc Sinh hoạt của Mỹ (SDWA-
Safe Drinking Water Act) hàm lợng nitơ-nitrat tối đa là 10 mg/l.
Bằng chứng dịch tễ học về độ độc của nitrit và nitrat là cha đầy đủ, tuy
nhiên có thể khẳng định rằng nó độc với trẻ em vì nguy cơ gây bệnh mất sắc tố
máu methaemoglobinaemia, nhất là trẻ dới 3 tháng tuổi [9]. Tổ chức sức khoẻ
thế giới đề nghị mức 50 mg/l cho tổng nitrit và nitrat, trong đó nitrit không đợc
lớn hơn 3mg/l. Các tiêu chuẩn về nớc cấp ở Việt Nam cũng nh thế giới đều 1,5
mg/l [11], riêng tiêu chuẩn Châu Âu có yêu cầu rất nghiêm ngặt là 0,5 mg/l.
Bên cạnh đó amoni là nguồn dinh dỡng cho các sinh vật nớc, tảo sinh
trởng và phát triển. Sự phát triển này làm ô nhiễm nớc thứ cấp trong quá trình
lu trữ, đồng thời sinh ra các chất độc nitrit và nitrat.
1.2.3. Các phơng pháp xử lý các hợp chất Nitơ
Để xử lý các hợp chất nitơ trong nớc thải có thể xử lý bằng các phơng
pháp sục khí đuổi amoniac trong môi trờng kiềm, trao đổi ion, clo hoá đến

điểm đột biến, phơng pháp sinh học, phơng pháp điện hoá, điện thẩm tách đảo
chiều, chng cất
1.2.3.1. Phơng pháp clo hóa tới điểm đột biến [5]
Điểm đột biến là điểm mà ở đó xảy ra sự chuyển đổi giữa sự biến mất và
xuất hiện trở lại của clo d. Phơng pháp Clo hoá đến điểm đột biến là phơng
pháp clo hoá với nồng độ cao hơn nồng độ tơng ứng với điểm đột biến trên
đờng cong hấp phụ Clo trong nớc. Clo gần nh là hoá chất duy nhất có khả
năng ôxy hoá amoni/amoniac ở nhiệt độ phòng thành N
2
. Khi hòa tan Clo trong
nớc, tùy theo pH của nớc mà Clo có thể nằm ở dạng HClO hay ClO
-
do có
phản ứng theo phơng trình:
Cl
2
+ H
2
O = HCl + HClO ( pH <7) = H
+
+ ClO
-
(pH > 8) (1.1)
Khi trong nớc có NH
4
+
sẽ xảy ra các phản ứng sau:
HClO + NH
3
= H

2
O + NH
2
Cl (Monocloramin) (1.2)
HClO + NH
2
Cl = H
2
O + NHCl
2
(Dicloramin) (1.3)
HClO + NHCl
2
= H
2
O + NCl
3
(Tricloramin) (1.4)
Nếu có clo d sẽ xảy ra phản ứng phân huỷ các cloramin
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
13
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
2NH
2
Cl + HClO = N
2
O + 3H
+
+ 3Cl
-

+ H
2
O (1.5)
Lúc này lợng clo d trong nớc sẽ giảm tới giá trị nhỏ nhất vì xảy ra sự
phân huỷ cloramin, điểm tơng ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến.
Lợng clo d
L
ợ
n
g
clo cho vào, m
g
/L
B
C
D
A
0
Phản
ứng với
Fe
2+
, S
2
-
NH
3
am in
am in

N
2

Clo d

Hình 4. Đờng cong clo hoá tới điểm đột biến đối với nớc có amoni [5]
Theo lý thuyết để xử lý NH
4
+
phải dùng tỷ lệ Cl : N = 7,6 : 1 song trên
thực tế phải dùng tỷ lệ 8 : 1 hoặc hơn để oxy hóa hết NH
3
. Do xảy ra các phản
ứng đã nêu, quá trình clo hoá thực tế diễn ra theo một đờng cong có dạng đặc
biệt, có "điểm đột biến" nh hình 2. Những nghiên cứu trớc đây cho thấy, tốc
độ phản ứng của clo với chất hữu cơ bằng nửa so với phản ứng với amoni. Khi
amoni phản ứng gần hết, clo sẽ phản ứng với các chất hữu cơ có trong nớc để
hình thành nhiều chất cơ clo có mùi đặc trng khó chịu, trong đó, khoảng 15% là
các hợp chất nhóm Trihalometan - THM và axit axetic halogen (HAA) hoá đều
là các chất có khả năng gây ung th và bị hạn chế nồng độ nghiêm ngặt.
1.2.3.2. Phơng pháp thổi khí ở pH cao
Amoni ở trong nớc tồn tại dới dạng cân bằng:
NH
4
+
<=> NH
3(khí hoà tan)
+ H
+

với pK
a
= 9,5 (1.6)
Nh vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lợng rất nhỏ lệ [NH
3
] so với [NH
4
+
]. Nếu
ta nâng pH tới 9,5 tỷ lệ [NH
3
]/[NH
4
+
] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng
chuyển về phía tạo thành NH
3
. Khi đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục hoặc thổi
khí thì NH
3
sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải:
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
14
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
NH
4
+
+ OH
-
NH

3
+ H
2
O (1.7)

Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lợng khí cần để đuổi NH
3
ở
mức 1600 m
3
không khí/1m
3
nớc và quá trình rất phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trờng. Phơng pháp này áp dụng đợc cho nớc thải, tuy nhiên khó có thể xử lý
triệt để N-amoni và cũng không có khả năng xử lý nitơ trong các hợp chất hữu
cơ.
Ngoài ra, một số phơng pháp hoá học khác theo lý thuyết cũng có thể xử
lý đợc N-amoni trong nớc nh: phơng pháp trao đổi ion, phơng pháp ozon
hoá với xúc tác Bromua [11]. Tuy nhiên, chi phí xử lý của các phơng pháp này
quá cao, cũng nh hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiều vào thành phần của nớc nên
không phù hợp trong xử lý nớc thải.
1.2.3.3. Phơng pháp sinh học [5]
Hiện nay phơng pháp sinh học thờng đợc sử dụng cho hầu hết các hệ
xử lý nớc thải nói chung. Những tính năng u việt mà phơng pháp này mang
lại: hiệu suất xử lý đạt rất cao có thể là 90 - 99%, ít sử dụng hoá chất, chi phí
năng lợng cho một đơn vị thể tích xử lý thấp so với các phơng pháp khác nên
có tính kinh tế rất cao. Tính quan trọng của phơng pháp sinh học xuất phát từ
những tính năng của nó nh xử lý dễ dàng các sản phẩm trong nớc, không gây
ô nhiễm thứ cấp đồng thời cho ra sản phẩm nớc với một chất lợng bảo đảm
sạch về mặt hóa chất độc hại và ổn định về hoạt tính sinh học, hạn chế cả về mùi,

vị và tính ăn mòn [5, 8, 11]. Trong phơng pháp này, amoni sẽ bị chuyển hoá
thành nitrat rồi N
2
nhờ hoạt tính của vi sinh vật trong tự nhiên. Trong quá trình
xử lý vi sinh vật sẽ đợc tạo các điều kiện về dinh dỡng cũng nh các yếu tố
khác để có thể đạt đợc hoạt tính cao nhất ở phơng pháp sinh học có thể thực
hiện bao gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hoá và khử nitrat hoá nh sau:
Quá trình nitrat hoá
Quá trình chuyển hóa về mặt hóa học đợc viết nh sau:
NH
4
+
+ 1,5O
2
NO
2
-
+ 2H
+
+ H
2
O (1.13)
NO
2
-
+ 0,5O
2
NO
3
-

(1.14)
Phơng trình tổng: NH
4
+
+ 2O
2
NO
3
-
+ 2H
+
+ H
2
O (1.15)
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
15
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Nh vậy, 1 mol NH
4
+
tiêu thụ 2 mol O
2
hay 1 g N-NH
4
+
tiêu thụ 4,57 g O
2
,
1 mol NH
4

+
tạo thành 1 mol NO
3
-
, 1 mol NH
4
+
tạo thành 2 mol H
+
. Lợng H
+
tạo
ra phản ứng với độ kiềm HCO
3
-
, nh vậy 1g N-NH
4
+
tiêu thụ 7,14 g độ kiềm
(quy về CaCO
3
). Các phơng trình (1.15 và 1.16) không tính đến quá trình sinh
tổng hợp. Nếu tính cả các quá trình tổng hợp sinh khối (vi khuẩn), theo Gujer và
Jenkins [8] ta có: 1,02 NH
4
+
+ 1,89 O
2
+ 2,02 HCO
3

-

0,02C
5
H
7
O
2
N + 1,00NO
3
-
+ 1,92H
2
CO
3
+ 1,06H
2
O (1.16)
Nh vậy, 1 gam N-NH
4
+
tiêu thụ 4,3 g O
2
, 1 gam N-NH
4
+
tiêu thụ 7,2 g độ
kiềm (quy về CaCO
3
).

Quá trình khử nitrat hoá

Quá trình khử nitrat sử dụng ôxy từ nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí).
Các vi khuẩn ở đây là dị dỡng nghĩa là cần nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên
sinh khối mới.
Quá trình khử nitrat hoá là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp sau:
NO
3
-
NO
2
-
NO (k) N
2
O (k) N
2
(k)
Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử, chúng có thể là
chất hữu cơ (phổ biến nhất là methanol), H
2
và S. Khi có mặt đồng thời NO
3
-
và
các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hoá, đồng thời NO
3
-
nhận điện và bị
khử về N
2

.
Các nhà khoa học đã phân lập đợc ít nhất 14 loại vi khuẩn tham gia vào
quá trình khử nitrat. Chúng là Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas,
Paracocus, Spirilum và Thiobacilus, v.v Phần lớn các vi khuẩn loại này là dị
dỡng nghĩa là chúng dùng cacbon hữu cơ mà chúng sẽ ôxy hoá để tổng hợp tế
bào mới [9,10]
Chỉ có Thiobacilus là sử dụng nguồn điện tử từ S nguyên tố để tạo năng
lợng và nguồn cacbon vô cơ (từ CO
2
và HCO
3
-
) để tổng hợp tế bào mới.
Nếu sử dụng nguồn cacbon là methanol hoặc methan thì vi khuẩn
Methylotrophic sẽ chuyển hoá các cơ chất tan tốt nh xitrat và isoxitrat để vi
khuẩn hấp thụ và sử dụng nh nguồn điện tử e
-
.
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
16
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Các phơng trình tỉ lợng của quá trình khử nitrat hoá phụ thuộc vào bản
chất nguồn cacbon sử dụng nh sau:

N

2

O

N
2
N
2

O
red

NO

red

NO
2
-
red
NO
3
-
red
N O
N O
2
-
N O
3
-
NO

3

-

NO
2
-
l

ớ

p n

ớ

c

lipoprotein

m

à

ng v

ỏ

ngo

à

i

kh

ố

i ch

ấ

t b

à

o

m

à

ng t

ế

b

à

o ch

ất
t

ế

b

à

o ch

ấ

t
N

2

O

N
2
N
2

O
red

NO

red

NO
2
-
red
NO
3
-
red
N O
N O
2
-
N O
3
-
NO

3

-

NO
2
-
l

ớ

p n

ớ

c

lipoprotein

m

à

ng v

ỏ

ngo

à

i

kh

ố

i ch

ấ

t b

à

o

m

à

ng t

ế

b

à

o ch

ất
t

ế

b

à

o ch

ấ

t

Hình 5. Quá trình khử nitrat trên màng tế bào chất của vi khuẩn [5]
6NO
3
-
+ 5CH
3
OH 3N
2
+ 5 CO
2
+ 7 H
2
O + 6 OH
-
(1.17)
8NO
3
-
+ 5CH
3
COOH 4N
2
+ 10 CO
2
+ 6 H

2
O + 8 OH

(1.18)
8NO
3
-
+ 5CH
4
4N
2
+ 5 CO
2
+ 6 H
2
O + 8 OH
-
(1.19)
10NO
3
-
+ C
10
H
19
O
3
N 5N
2
+ 10 CO

2
+ 3 H
2
O + NH
3g
+ 10 OH
-
(1.20)
Ghi chú: C
10
H
19
O
3
N - công thức trung bình của nớc thải sinh hoạt.
Nhóm OH
-
sẽ phản ứng với CO
2
tạo độ kiềm bicacbonat:
OH
-
+ CO
2
HCO
3
-

Cũng nh trờng hợp nitrat hoá, nếu tính cả quá trình sinh tổng hợp thì ta có:
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
-
(1.21)
NO
2
-
+ 0,67CH
3
OH + 0,53H
2

CO
3

0,04 C
5
H
7
NO
2
+ 0,48N
2
+ 1,23H
2
O + CO
3
-
(1.22)
Theo phơng trình (1.22) đợc nêu bởi (McCarty, 1968):
Cứ 1 mg/l NO
3
-
bị khử thì sinh ra 3,57 mg/l độ kiềm. Nếu trong hệ có NH
3

thì lợng kiềm sinh ra sẽ ít hơn.
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
17
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình nitrat hoá

Hình 6.
ả
nh hởng của pH tới vi khuẩn nitrat hoá [7]
- ảnh hởng của pH và nhiệt độ tới quá trình nitrat hoá
Thực nghiệm cho thấy khoảng pH tối u khá rộng và dao động xung quanh
giá trị pH = 8 (6 - 10) [11]. Khi thí nghiệm xác định pH tối u cần lu ý khả
năng thích nghi của vi khuẩn, vậy các phép đo phải đợc thực hiện ngay khi đa
vào môi trờng pH mới. Để hiểu rõ hơn nghiên cứu của Grady và Lim [12]sẽ
chứng minh cho chúng ta thấy ở hình 6. Nghiên cứu này đã chứng minh cho thấy
vi khuẩn nitrat hoá rất nhạy cảm với pH, đối với Nitrosomonas có dải pH tối
thích từ 7,0 đến 8,0. Và đối với Nitrobacter là từ 7,5 đến 8,0. Nhng bên cạnh
đó nghiên cứu của Skadsen và cộng sự (1996) lại cho thấy một số loài có thể
thích hợp ở mức pH > 9 [10]. Tuy nhiên, Odell và cộng sự (1996) lại cho rằng
còn rất nhiều những yếu tố khác làm ảnh hởng tới sự tồn tại và phát triển của vi
khuẩn nitrat và nghiên cứu của ông lại chỉ ra rằng pH thích hợp cho vi khuẩn này
là từ 6,6 đến 9,7 [11].
Nhiệt độ có ảnh hởng rất lớn đến hiệu quả quá trình nitrat hoá bằng vi
sinh. Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tối u nằm trong khoảng 15 - 27
o
C [12],
nhng có tác giả lại cho biết vùng nhiệt độ có thể nghiên cứu đợc lại nằm trong
khoảng rất rộng từ 4-50
O
C [12]

. Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm hoạt tính của
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
18
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
vi sinh, gây ức chế hoạt động và có khi gây chết vi sinh vật. Tuy nhiên, do điều

kiện về quy mô xử lý cho nên trong quá trình vận hành không thể điều chỉnh
nhiệt độ của nớc đầu vào, thực tế nguồn nớc tại phòng thí nghiệm khá ổn định
và nằm trong giới hạn thuận lợi cho hoạt động của toàn bộ hệ thống.
- ảnh hởng của các chất độc tới sự phát triển của vi khuẩn nitrat hoá
So với các vi khuẩn dị dỡng, các vi khuẩn tự dỡng nitrat hoá nhạy cảm
với nhiều kim loại nặng và hóa chất. Số liệu về độc tính của một số chất cho ở
Phụ lục 5
- ảnh hởng của nồng độ NH
4
+
tới sự phát triển của vi khuẩn nitrat-
Nitrobacter
Turk và Mavinic, D.S. (1986) đã chỉ ra rằng các quá trình ôxi hoá nitrit bị
ức chế khi nồng độ NH
3
đạt 0,1 - 1mg/l và ở nồng độ NH
3
từ 5 -20 mg/l, quá
trình oxi hóa NH
4
+
cũng bị ức chế. Tuy nhiên, Ford et al. (1980) lại cho số liệu
về nồng độ gây ức chế quá trình ôxi hóa nitrit cao hơn nhiều (10 - 150 mg NH
3
/l).
Sự có mặt của NO
2
-
và pH thấp sinh ra HNO
2

không phân li, đây là tác
nhân gây ức chế quá trình ôxy hoá nitrit.
Alleman (1985) [11] cho thấy khi nồng độ nitrit cao tới 27 mg/l thì
Nitrobacter bị ức chế mạnh hơn Nitrosomonas. Alleman cũng cho rằng nhiệt độ
thấp, ôxy hoà tan (DO) thiếu và CO
2
cao, sự có mặt của NH
3
tự do và d lợng
bùn làm giảm tốc độ phát triển của Nitrobacter và kéo theo sự giảm oxi hóa
nitrit. Ngoài ra, sốc amoni và sự khử nitrat có thể gây ra sự tích luỹ chất độc
NO
2
-
. Đó là do Nitrosomonas ít nhạy cảm hơn đối với sốc NH
3
và nhanh thích
nghi hơn Nitrobacter dẫn tới sự tích luỹ nitrit trong hệ.
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình khử nitrat hoá

Điều kiện phát triển vi khuẩn khử nitrat hóa: pH 7 - 8; nhiệt độ từ 5 - 25
o
C
[9], cơ chất là chất tan, càng dễ đợc vi sinh hấp thụ càng tốt. Mặc dù methanol
là cơ chất phổ biến nhất, nhng nó cha phải là chất tốt nhất về mặt nhiệt động
học. Monteith (1980) đã ghi nhận là trong số 30 loại nớc thải công nghiệp có
22 loại (thải bia và rợu) dùng trong khử nitrat hóa tốt hơn methanol [12]. Vi
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
19
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT

khuẩn khử nitrat hóa có sức chịu độc hơn vi khuẩn tự dỡng. Tuy nhiên, vẫn cần
lu ý các trờng hợp sau:
DO ức chế men khử nitrit (mạnh hơn so với tác động lên men khử nitrat).
Nếu có DO, nitrit sẽ tích luỹ. Nếu DO = 5% mức bão hoà, tốc độ tạo khí NO
x

giảm, nếu đạt 13% thì men khử nitrit không hoạt động, nếu hơn 13 % thì men
khử nitrat cũng bị ức chế.
1. Bản thân nitrit cũng là chất độc. Nếu N-NO
2
-
14 mg/l ở pH =7 thì quá
trình chuyển hóa chất hữu cơ bởi Pseudomonas Aeruginosa sẽ chậm lại, ở nồng
độ 350 mg/l quá trình bị ức chế hoàn toàn (kể cả quá trình oxic dùng chất nhận
e
-
là O
2
). Tơng tự, các khí NO
x
cũng là chất độc.
2. Sự khử đối với NO
2
-
bị ảnh hởng mạnh khi giảm pH < 7,5 (ngợc lại
đối với sự khử NO
3
-
).
Phơng pháp xử lý các hợp chất nitơ trong nớc thải bằng phơng pháp

sinh học đợc phát triển và ứng dụng vào thực tế vào những năm 1960. Cho đến
nay các biện pháp sinh học ngày càng đợc ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xử lý
ô nhiễm môi trờng nói chung bởi những tính năng u việt mà phơng pháp này
mang lại.
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
20
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
21
Một số quy trình cơ bản ứng dụng xử lý nitơ trong nớc thải bằng phơng
pháp sinh học









(b)








(c)

Hình 7. Một số quy trình công nghệ xử lý nitơ trong nớc thải
Công nghệ xử lý nitơ trong nớc thải bằng phơng pháp sinh học đã
nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế từ những năm 1960. Mặc dù, có rất nhiều
quy trình công nghệ xử lý nitơ bằng phơng pháp sinh học khác nhau, nhng
chúng đều giống nhau ở nguyên lý là thực hiện các quá trình nitrat hoá và khử
nitrat hoá. Tuy nhiên lại khác nhau ở cách sắp xếp trình tự các quá trình trong hệ
thống xử lý và nguồn cacbon sử dụng. Các kỹ thuật áp dụng ở đây có thể là các
Bể thiếu
khí
Bể hiếu
kh
í
Bể
lắng
N
ớc thải vào
Nớc đ xử lý
B
ùn hồi lu
N
ớc hồi lu
B
ùn thả
i
(Nitrat hoá)(Khử nitrat hoá)
N
ớc thải vào
Bể thiếu
khí

Bể yếm
khí
Bể hiếu
khí
Bể
lắng
N
ớc đ xử lý
B
ùn hồi lu
Nớc hồi lu
B
ùn thả
i
(Nitrat hoá)(Khử nitrat hoá)
Bể thiếu
khí
Bể hiếu
khí
Tái sục
khí
N
ớc thải vào
N
ớc đ xử lý
Bổ sung cơ chất
Bể
lắng
B
ùn thả

i

B
ùn h
ồ
i lu
(Nitrat hoá) (Khử nitrat hoá)
(a)
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
quá trình sinh trởng lơ lửng, sinh trởng bám dính hay sinh trởng lơ lửng - kết
hợp bám dính.
Quy trình (a) hình 7 cho hiệu suất xử lý nitơ cao (70 - 90%) vì toàn bộ
nitrat sinh ra trong bể hiếu khí sẽ đợc đa qua quá trình khử nitrat. Trong quy
trình này, quá trình tái sục khí tiếp theo quá trình khử nitrat là cần thiết nhằm xử
lý thành phần hữu cơ d sau khử nitrat [6]. Quy trình công nghệ này có nhợc
điểm là phức tạp, cần phải bổ sung cơ chất hữu cơ cho quá trình khử nitrat
Quy trình (b) là quy trình có thể tận dụng ngay nguồn chất hữu cơ sẵn có
trong nớc thải mà không cần bổ sung thêm từ bên ngoài. Quy trình này đơn
giản, chi phí đầu t thấp nhng nhợc điểm là hiệu suất khử nitrat phụ thuộc vào
tỷ lệ dòng hồi lu nớc sau bể nitrat hoá. Hiệu suất xử lý nitơ đạt 60 - 70%, tỷ lệ
hồi lu so với dòng vào là từ 1- 4 lần [18].
Quy trình (c) là quy trình đợc ứng dụng để xử lý đồng thời N, P trong
nớc thải. Hiệu suất xử lý tơng tự nh quy trình (b).

Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
22
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
CHơng 2. Đối tợng v phơng pháp
nghiên cứu
2.1. Đối tợng nghiên cứu
Đối tợng nghiên cứu ở đây là nớc thải chế biến tinh bột sắn ở làng nghề
Dơng Liễu - Hoài Đức - Hà Nội và phơng pháp sinh học để loại bỏ các hợp
chất nitơ.
Lý do chọn đối tợng nghiên cứu vì:
- Nớc thải là thành phần ô nhiễm chính của làng nghề.
- Phơng pháp sinh học vận hành đơn giản, hiệu quả kinh tế cao, không
tốn hoá chất, không gây độc hại.
- Làng nghề chế biến tinh bột chủ yếu là từ sắn. Loại hình chế biến này
đại diện cho mô hình làng nghề chế biến nông sản ở nông thôn gây ô nhiễm môi
trờng nông thôn.
2.2. Phơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phơng pháp thu thập số liệu
Thu thập các thông tin, tài liệu từ các phơng tiện thông tin, các loại sách
tham khảo, các số liệu thống kê của các nhóm nghiên cứu trớc hoặc ở địa
phơng và các cơ quan ban ngành.gồm:

- Sơ đồ, bản đồ vị trí nghiên cứu.
- Các tài liệu có liên quan đến kinh tế - xã hội, tài nguyên môi trờng của
địa phơng.
- Các chủ trơng, chính sách có liên quan tới làng nghề.
2.2.2. Phơng pháp điều tra quan sát thực địa, phỏng vấn bán chính thức
Điều tra thực địa để lấy đợc thông tin một cách chính xác về những vấn
đề cần quan tâm, bổ sung thêm đợc những vấn đề mới.
Việc phỏng vấn bán chính thức giúp chúng ta có thông tin một cách xác
thực và có tính khách quan. Công việc này đợc tiến hành ngay tại hiện trờng
và các câu hỏi đặt ra tuỳ thuộc vào thông tin mà ta cần lấy.
Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
23
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
2.2.3. Phơng pháp tổng hợp
Kết hợp tất cả các số liệu thứ cấp sau khi đã đợc thu thập, phân tích mối
quan hệ giữa các vấn đề. Từ đó đa ra những vấn đề đáng quan tâm nhất của
làng nghề hiện nay.
2.2.4. Phơng pháp so sánh
Các kết quả thu đợc sau khi đã nghiên cứu, phân tích sẽ đợc áp dụng so
sánh với các TCVN, so sánh khu vực nghiên cứu với một số khu vực khác. Từ đó
đánh giá mức độ ô nhiễm nớc thải của khu vực làng nghề, đề xuất phơng pháp
xử lý phù hợp.
2.2.5. Phơng pháp lấy mẫu
Với mục đích nghiên cứu nớc thải chế biến tinh bột sắn, trong quá trình
nghiên cứu thờng lấy mẫu thí nghiệm tại hộ gia đình anh Phí Đình Nam, xóm
Đoàn Kết.
Dụng cụ lấy mẫu sử dụng chai, can nhựa đựng nớc. Trớc khi lấy mẫu
tráng, rửa sạch bằng nớc sạch sau đó là mẫu nớc thải từ 2-3 lần. Mẫu nớc
đợc lấy vào buổi sáng trong khoảng thời gian từ 7 - 8 giờ, đây là thời điểm bắt
đầu ngày sản xuất mới. Nớc sau khi nghiền để lắng sau 10 12 giờ đợc thải

bỏ ta có thể phân tích đợc các chỉ tiêu, COD, BOD, pH, colifomVào thời
điểm này, cũng là lúc bắt đầu ngày`sản xuất mới ta có thể lấy đợc nớc khi các
chất có trong đó cha phân huỷ. Mẫu lấy gồm: nớc cấp, nớc bể lắng 1, nớc
bể lắng 2, nớc thải. Mẫu sau khi lấy đầy chai đợc đậy kín nút. Do địa điểm
cách xa phòng thí nghiệm nên mẫu đợc vận chuyển ngay về để phân tích ngay
một số chỉ tiêu và sau đó đợc bảo quản trong tủ lạnh [17].
2.2.6. Phơng pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
2.2.6.1. Địa điểm
Quá trình thực nghiệm đợc thực hiện tại phòng thí nghiệm khoa Kỹ
Thuật Môi Tr
ờng, trờng cao đẳng Tài Nguyên và Môi Trờng, Hà Nội.


Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
24
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH& MT
2.2.6.2. Mô hình thí nghiệm và các điều kiện thực nghiệm
Thiết bị sục

Hình 8. Mô hình xử lý hiếu khí
Mô hình xử lý hiếu khí gồm:

- Bể chiều dài 60 cm; rộng 20 cm; cao 30 cm, thể tích khoảng 10 lít.
Mẫu nớc đem thí nghiệm đợc sục liên tục trong 30 ngày ở điều kiện
nhiệt độ phòng thí nghiệm 25 35
0
C, có bổ sung thêm bùn thải trong quá trình
thí nghiệm. Bùn hoạt tính có gốc từ bùn cống nớc thải chung của làng Dơng
Liễu đợc nuôi cấy và đa vào hệ thống có hàm lợng 1200 mg/l, pH 6- 8.
Mô hình thí nghiệm yếm khí:

- Một cột chiều cao 1,2 m, thể tích khoảng 12 lít trong có khuấy trộn với
tốc độ 120 vòng/phút.
Duy trì nhiệt độ phòng thí nghiệm, mẫu nớc trớc khi đa vào hệ thống
đợc bổ sung thêm kiềm để duy trì pH 7- 8. Khí sinh ra trong quá trình sẽ cho
sục vào thiết bị nằm ngoài hệ thí nghiệm.


Hong Thị Hoa MSSV: 505303021
25