Đánh giá hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm bằng hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động (MBBR)

Đồ án tốt nghiệp

1

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU............................................................................................................................7
MỞ ĐẦU..................................................................................................................4
1.1. Tổng quan về hiện trạng ô nhiễm Amoni nước ngầm ở Hà Nội.......................6
1.5.1. Xử lý amoni bằng chất ơxy hố...........................................................13
2.2. Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................22
2.3.2. Xác định kiềm......................................................................................22
2.4. Thí nghiệm........................................................................................................27
1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu trong hệ thống bể sinh học sử dụng vật
liệu mang vi sinh chuyển động lên hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm..........40

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. Hàm lượng Amoni trong một số bãi giếng Hà Nội.
Bảng 2. Giới hạn cho phép của các thông số NH+4, NO3-, NO2- trong nước
sử dụng cho mục đích sinh hoạt ăn uống theo tiêu chuẩn 01/2009/BYT.
Bảng 3. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước
ngầm bằng hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển
động qua việc thay đổi thời gian lưu.
Bảng 4. Ảnh hưởng của thời gian lưu của bể sinh học sử dụng vật liệu
mang vi sinh chuyển động lên hiệu quả xử lý amoni với hệ 1 bình phản

9
21

36
37

ứng.
Bảng 5. Ảnh hưởng của thời gian lưu của bể sinh học sử dụng vật liệu
mang vi sinh chuyển động lên hiệu quả xử lý amoni với hệ 2 bình liên tục.
Bảng 6. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

38

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

2

ngầm bằng hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển
động lên hiệu quả xử lý amoni qua việc thay đổi nồng độ amoni đầu vào

40

với hệ 1 bình phản ứng.
Bảng 7. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước
ngầm bằng hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển

động lên hiệu quả xử lý amoni qua việc thay đổi nồng độ amoni đầu vào
với hệ 2 liên tục.

41

Bảng 8. Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước
ngầm bằng hệ thống bể sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển
động lên hiệu quả xử lý amoni qua việc so sánh khả năng xử lý amoni của

42

hệ sau thời gian 5 ngày và 10 ngày.

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1. Chu trình nito trong tự nhiên.
Hình 2. Mơ hình thí nghiệm MBBR
Hình 3. Vật liệu mang vi sinh(bên trái: Vật liệu mang đã có vi sinh, bên
phải: Vật liệu mang chưa có vi sinh)
Hình 4. Hệ 1 bình phản ứng với dòng liên tục.
Hình 5. Hệ 2 bình phản ứng nới tiếp.

11
31
31
33
33

Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu
37

với hệ thí nghiệm 1bình liên tục.
Hình 7. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian lưu
với hệ thí nghiệm 2 bình nới tiếp.
Hình 8. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ amoni ban đầu đến
q trình nitat hóa với hệ 1 bình liên tục và hệ 2 bình nới tiếp.
Hình 9. Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý amoni của hệ sau thời gian 5 ngày

39

41
42

và 10 ngày.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

3

1. BYT:

Bộ Y tế.

2. EPA:

Cơ quan bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ.

3. MBBR:

(Moving Bed Biofilm Reactor) , công nghệ vật liệu mang
vi sinh chuyển động.

4. MBC – 1:

Vật liệu mang vi sinh.

5. QCVN:

Quy chuẩn Việt Nam.

6. SK:

Sinh khới.

7. UNICEF:

Quỹ nhi đờng liên hợp q́c.

SVTH: Nguyễn Văn Hồng

Lớp: LĐH2KM1


Đờ án tớt nghiệp

4

MỞ ĐẦU
Nước có vai trị hết sức quan trọng trong việc bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ
cộng đồng. Các nguồn nước được sử dụng chủ yếu là nước mặt và nước ngầm đã
qua xử lý hoặc sử dụng trực tiếp.Vấn đề nước sạch đã và đang là mối quan tâm của
mọi tầng lớp nhân dân, từ thành thị đến nông thôn. Nhưng hiện nay nguồn nước ấy
đang dần bị ô nhiễm trầm trọng.
Hiện nay, chất lượng các nguồn nước thiên nhiên ngày càng xấu đi do tác
động của việc tiếp nhận ngày càng nhiều nguồn nước thải đô thị, nước thải công
nghiệp không được xử lý đạt yêu cầu; do việc sử dụng ngày càng nhiều các chất bảo
vệ thực vật, kể cả các chất bị cấm sử dụng trong các hoạt động nông nghiệp. Không
chỉ nguồn nước mặt mà ngay cả nước ngầm ngoài Sắt và Mangan, cịn chứa các tạp
chất có hại khác. Đặc biệt là hàm lượng Amoni cao hơn tiêu chuẩn vệ sinh cho phép
đến nhiều lần. Việc khai thác nước dưới đất diễn ra tương đối phức tạp và ở nhiều
nơi, nhiều lúc khơng kiểm sốt được. Phần nhiều các hệ thống cấp nước tập trung
khai thác nước trong các tầng chứa nước cuội sỏi. Đây là tầng chứa nước công
nghiệp được bảo vệ bởi các tầng sét dày ở phía trên. Các giếng khoan của các hệ
thống cấp nước tập trung do các Công ty cấp nước các tỉnh quản lý được xây dựng
đúng kỹ thuật và vì vậy chống được sự ô nhiễm bởi nguồn chất thải từ các tầng trên
thấm trực tiếp xuống ngay tại vị trí giếng. Bên cạnh loại giếng này, một số lượng rất
lớn các giếng khoan do các đơn vị sản xuất tự xây dựng và tự kiểm sốt. Các loại
giếng này khơng phải lúc nào cũng được xây dựng đúng kỹ thuật nên có khả năng
bị ơ nhiễm trực tiếp tại các vị trí giếng khoan. Cùng với việc khai thác nước trong
các tầng cuội sỏi, một bộ phận rất đông dân cư đang khai thác nước trong các tầng
nông với các loại giếng khoan giếng qui mơ nhỏ, hộ gia đình “ gọi là các giếng kiểu
UNICEF”. Các giếng khoan kiểu UNICEF phần lớn được thực hiện bởi các đơn vị,
cá nhân không chuyên ngành thực hiện. Các giếng khoan kiểu UNICEF không được
cấu tạo đúng kỹ thuật hiện đang hoạt động cũng như các giếng đã ngừng hoạt động
nhưng không được lấp đúng kỹ thuật có khả năng gây nên hiện tượng thơng tầng

chứa nước. Các tầng chứa nước phía trên bị ô nhiễm bởi các nguồn chất thải thông

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

5

qua các giếng này làm nước ở các tầng chứa nước ở phía dưới bị nhiễm bẩn nhanh
chóng. Tầng sét bảo vệ tầng chứa nước cơng nghiệp bị xuyên thủng. Nước thải cũng
có thể xâm nhập vào các tầng chứa nước ngầm thông qua các cửa sổ địa chất thuỷ
văn. Nguồn chất thải này qua các quá trình hố sinh trong lịng đất tạo nên một sự
nhiễm bẩn đặc biệt là Amoni.
Các phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni đã được nghiên cứu và áp dụng
nhiều trong nước cũng như thế giới bao gồm: sục khí, sinh học, keo tụ, lắng, lọc,
tuyển nổi, hấp phụ, kết tủa, màng, oxy hóa, khử trùng… trong đó phương pháp sinh
học là thân thiện với môi trường và mang lại hiệu quả cao. Vì vậy ngày nay phương
pháp sinh học là phương pháp tốt nhất dùng để xử lý. Trong phương pháp sinh học
có rất nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau như lọc nhỏ giọt, đĩa quay sinh học,
tầng lưu thể, màng sinh học tầng chuyển động, và một trong những phương pháp
cho hiệu quả cao và mới mẻ là phương pháp màng sinh học tầng chuyển động,
dùng vi sinh với mục đích xử lý Amoni trong nước ngầm. Phương pháp này có ưu
điểm là đơn giản, dễ áp dụng, khơng địi hỏi trình độ kỹ thuật cao, có thể áp dụng
với cả các quy mơ vừa và lớn.
Vì tính cấp bách của vấn đề đó cũng như trong phạm vi cho phép em đã
chọn đề tài “Đánh giá hiệu quả xử lý Amoni trong nước ngầm bằng hệ thống bể
sinh học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động (MBBR) ” nhằm đưa ra biện

pháp xử lý amoni trong nước ngầm một cách tốt nhất mà không làm ảnh hưởng xấu
tới mơi trường, cũng như với mục đích mang lại chất lượng nước tốt nhất cho con
người và sinh vật khi sử dụng.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

6

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hiện trạng ô nhiễm Amoni nước ngầm ở Hà Nội.
Tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm ở Hà Nội hiện nay đang ở mức báo
động nghiêm trọng. Hà Nội có địa hình thấp về phía Nam và Đông Nam, toàn bộ
nước bề mặt kéo theo chất bẩn về đây, ngấm xuống làm bẩn cả tầng chứa nước dưới
lòng đất. Tại khu vực phía Nam và Đông Nam thành phố Hà Nội, nguồn nước ngầm
đều bị nhiễm Amoni nặng. Hàm lượng Amoni cao hơn giới hạn cho phép gấp nhiều
lần, điển hình là các giếng của nhà máy nước Pháp Vân chứa NH 4+ tới 30 mg/l. Ở
Hà Nội, nhiều khu vực đã xuất hiện tụt mực nước ngầm, lưu lượng giảm đáng kể.
Một số nơi đã xảy ra lún đất, biến dạng bề mặt mặt đất, nhiều giếng đã bị tụt mực
nước ngầm trên 10m và lưu lượng bị giảm đi so với một nửa ban đầu.
Từ các số liệu thu thập được cho thấy nguồn nước ngầm một số khu vực như
ở Hà Nội có hàm lượng Amoni rất cao.
Bảng 1. Hàm lượng Amoni trong một số bãi giếng Hà Nội.
STT

Hàm lượng Amơni trong nước ngầm

Bãi giếng

NH4+min
mg/l

NH4+trung bình
mg/l

NH4+max
mg/l

0

11

30

0,1

1,7

20

1

Kim Liên

2

Lương n

3

Mai Dịch

0

0,3

2,0

4

Ngọc Hà

0

0,8

3,0

5

Bạch Mai

3,0

7,3

20

6

Đồn Thuỷ

0,5

3,4

10

7

Gia Lâm

1,0

1,4

6,0

8

Hạ Đình

1,0

9,7

20

9

Ngơ Sĩ Liên

0,5

1,8

13

10

n Phụ

0

2,4

20

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

11

Pháp Vân

12

Tương Mai

7

0,3

20,8

30

0

7,9

30

(Nguồn: Số liệu tổng hợp từ Dự án Cấp nước và Môi trường 1A thành phố Hà Nội
tḥc Chương trình cấp nước Hà Nội của công ty Soil and Water Ltd, Phần Lan)
Nguyên nhân gây ra tình trạng ơ nhiễm nguồn nước ngầm là do hoạt động
khoan và khai thác giếng khoan bất hợp lý diễn ra ở nhiều nơi. Ngoài việc bị khai
thác bừa bãi làm thất thoát tài nguyên nước, nước bẩn theo các mũi khoan thâm
nhập xuống tầng chứa nước gây thêm ô nhiễm cho nguồn nước ngầm. Do nước thải
sinh hoạt từ các hộ dân thải ra môi trường theo các kênh rạch và ngấm xuống đất
gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Ngoài ra còn phải nói đến các hoạt động trong sản
xuất công nghiệp và nông nghiệp cũng là nguyên nhân gây lên tình trạng ô nhiễm

nước ngầm.
1.2. Nguồn gốc và chu trình nitơ trong tự nhiên
1.2.1. Nguồn gốc của nitơ
Cơ thể động vật, thực vật ngồi thành phần chính là các hợp chất hữu cơ
chứa C, H, thì Nitơ là thành phần ln có mặt, nó có thể tồn tại ở nhiều dạng hợp
chất hữu cơ và vô cơ trong các sản phẩm tự nhiên và công nghiệp. Nguyên tố Nitơ
có thể tồn tại ở 7 trạng thái hóa trị, từ dạng khử (N3-) là Amoniac đến dạng oxi
hóa (N5+) là Nitrat.
Ở trong nước tự nhiên các hợp chất amoniac, hợp chất hữu cơ chứa
Nitơ, khí Nitơ, Nitrat và Nitrit có nồng độ khơng đáng kể nhưng chúng là nguồn
Nitơ cho phần lớn sinh vật trong đất nước. Vi sinh vật sử dụng nguồn Nitơ trên vào
tổng hợp axit amin, protein, tế bào và chuyển hóa năng lượng. Trong các q
trình đó, hợp chất chứa Nitơ thay đổi hóa trị và chuyển hóa thành các hợp chất hóa
học khác nhau.
1.2.2. Nguồn gốc Nitơ trong nước ngầm
Do thực trạng hệ thống cấp thốt nước, xử lí nước cấp và nước thải, chất thải
rắn chưa đồng bộ, cộng thêm đó là sự phát triển của các ngành công nghiệp, nông
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

8

nghiệp ngày một tăng trong thời gian gần đây, chưa kể đến các quá trình diễn ra
trong tự nhiên, và một số do điều kiện địa chất thủy văn phức tạp nguồn nước
ngầm đang dần bị nhiễm Nito trầm trọng. Khi bón phân cho đất, Nitrat và Amoni
một phần được cây cối hấp thụ, một phần giải phóng ra ngồi khí quyển dưới

dạng Nitơ tự do và Amoniac, phần cịn lại tích tụ trong nước và dễ lọc qua đất
bởi vậy nó sẽ bị hịa tan vào nước ngầm.
Các hoạt động sinh hoạt cũng như canh tác của con người, sử dụng thuốc trừ
sâu, thuốc bảo vệ thực vật cũng như việc bón phân cho đất… và một số hoạt động
tự nhiên trên dẫn tới các chất bẩn ngày càng tích tụ nhiều, ngấm xuống đất và qua
lớp đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm, một số chất có nồng độ tăng vượt quá tiêu
chuẩn cho phép đặc biệt là nito. Vì vậy, cần phải có các biện pháp khắc phục ô
nhiễm, tránh ảnh hưởng xấu tới con người và sinh vật khi sử dụng nguồn nước
ngầm.
1.2.3. Chu trình Nitơ trong tự nhiên.
Hợp chất nito
(protein, ure)

Phân hủy vi sinh
thủy sinh
Amoniac

tạo sinh khối

Tế bào nito
hữu cơ

Tế bào thực

phân hủy nội sinh
NO2khử nitrat
NO3-

Khí nito

Chất hữu cơ cacbon
Hình 1. Chu trình nito trong tự nhiên.

Nitơ từ đất, nước, khơng khí đi vào cơ thể sinh vật qua nhiều quá trình biến
3
đổi sinh học, hóa học phức tạp rồi quay trở về đất, nước, khơng khí tạo thành một
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đờ án tớt nghiệp

9

vịng khép kín gọi là chu trình nitơ.
Trong đất nitơ chủ yếu tồn tại ở dạng hợp chất nitơ hữu cơ. Lượng nitơ này
tăng lên do sự phân hủy xác động, thực vật, chất thải động vật. Hầu hết thực vật
không thể sử dụng trực tiếp những dạng nitơ hữu cơ này mà phải nhờ vi khuẩn
trong đất chuyển hóa chúng thành những dạng vơ cơ mà thực vật có thể hấp thụ
được. Khi được rễ cây hấp thụ qua các q trình biến đổi hóa học, các hợp
chất này sẽ tạo thành enzim, protein… Một số lồi thực vật có nốt sần như cây họ
đậu, cỏ ba lá, cây đinh lăng… có thể chuyển hóa Nitơ trong khí quyển tạo thành
dạng Nitơ sử dụng được cho cây.
Khi bón phân cho đất, Nitrat và Amoni một phần được cây cối hấp thụ, một
phần giải phóng ra ngồi khí quyển dưới dạng nitơ tự do và Amoniac, phần cịn
lại tích tụ trong nước và dễ lọc qua đất bởi vậy nó sẽ bị hịa tan vào nước ngầm.
Ion Nitrat là ion có tính oxi hóa mạnh.
Hàm lượng Nitrat và Amoni trong đất và nước ngầm sẽ càng cao nếu lượng
phân bón chứa Nitơ được sử dụng càng nhiều. NO3- và NO2- là h ai chỉ tiêu quan

trọng để đánh giá sự ô nhiễm của môi trường. Theo sự đánh giá của tổ chức Y tế
thế giới (WHO), hàm lượng Nitrat trong nước ngầm ở hầu hết các nước phát
triển sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới.
Ngoài quá trình hình thành theo con đường tự nhiên, lượng ion NO3-,
NO2-, NH4+ trong chu trình cịn tăng lên do các nhà máy sản xuất phân đạm, chất
thải khu đô thị có hàm lượng Nitơ cao.
Nguồn ơ nhiễm Nitơ trong nước mặt có thể từ nhiều nguồn khác nhau: cơng
nghiệp, nơng nghiệp, dân cư…Khói thải của các nhà máy cịn chứa nhiều oxit nitơ
thải vào khí quyển, gặp mưa và một số q trình biến đổi hóa học khác,
ngấm xuống đất dưới dạng HNO3, HNO2. Trong công nghiệp, việc sử dụng phân
bón hóa học chứa nitơ với lượng lớn, việc sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ…
qua quá trình rửa trôi, thấm, lượng Nitrat, Amoni trong nước bề mặt và nước ngầm
ngày càng lớn.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

10

Trong nước thải sinh hoạt cũng chứa một lượng Nitơ nhất định. Việc
thải nước sinh hoạt không qua xử lý vào hệ thống thoát nước trong thành phố
cũng là một trong các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước. Thêm vào đó, nguồn gây ơ
nhiễm Nitơ cịn do sự đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, chất thải của sinh vật dưới
nước và ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đường thủy…
Con người và động thực vật luôn ln cần có nitơ ở một liều lượng
thích hợp và có thể nói chu trình chuyển hóa nitơ trong hệ sinh thái là một

vịng tuần hồn. Tuy nhiên, Nitơ có nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: NH4+
(NH3), NO2, NO3Tất cả các ion này nếu hàm lượng ở trên mức cho phép đều gây hại cho sức
khỏe con người và ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái. Cần được xử lý đạt tiêu chuẩn
cho phép.
1.3. Các hợp chất chứa nitơ trong nước.
Trong nước hợp chất chứa Nito thường tồn tại ở 3 dạng : Nitơ hữu
cơ, Amoniac (amoni) và dạng oxi hóa (nitrat, nitrit). Các dạng này là các khâu
trong chuỗi phân hủy hợp chất chứa Nitơ hữu cơ, thí dụ: protein và hợp phần của
protein.
Protein

NH3

NO2-

NO3-

Các vi sinh phân hủy.
NO3-

NO2-

NO

N2O

N2

Nước chứa các hợp chất Nitơ hữu cơ, Amoniac hoặc NH4OH là nước mới bị
ô nhiễm. Nước chứa nhiều Nitrit (NO2-) là nước đã bị ô nhiễm thời gian dài hơn.

Nếu nước chứa chủ yếu các hợp chất Nitơ ở dạng Nitrat (NO3-) chứng tỏ quá
trình phân hủy đã kết thúc. Tuy vậy, Nitrat chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, Nitrat dễ
bị khử thành N2O, NO và Nitơ phân tử tách khỏi nước bay vào khơng khí.
Amoniac trong nước tồn tại ở dạng NH3 và NH4+(NH4OH, NH4NO3,
(NH4)2SO4…) tùy thuộc vào pH của nước. NH3 hoặc NH4+ có trong nước cùng với

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đờ án tớt nghiệp

11

photphat thúc đẩy q trình phú dưỡng của nước. Trong nước mặt tự nhiên
vùng không ô nhiễm hàm lượng amoni nhỏ hơn 0,05 ppm; trong nước ngầm hàm
lượng này cao hơn nhiều; trong nước thải từ xí nghiệp chế biến thực phẩm, sản
xuất hóa chất có hàm lượng amoni 10- 100 mg/l.
Amoni là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các hợp chất hữu
cơ chứa Nitơ có trong chất thải của người và động vật, thực vật.
Trong nước tồn tại cân bằng: NH2 + H2O = NH4

+

+ OH

-

và có thể có

sự chuyển hóa NH4+ sang NO2- và NO2- là các ion được xem là tác nhân gây
độc, đặc biệt đối với trẻ em. Sau khi đi vào cơ thể, Nitrat được chuyển hóa thành
Nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột gây ra bệnh thiếu máu ở trẻ em. Nitrit cịn có thể
kết hợp với các amin, amit và các hợp chất chứa nito khác tạo nitrosamin, trong
nhóm casinogen được xem là tác nhân có khả năng gây ung thư.
-

Tiêu chuẩn của EPA đối với NO2 trong nước cấp uống trực tiếp không được
vượt quá 1 mg/l, trong khi tiêu chuẩn của Bộ y tế (BYT) đối với nước cấp dùng

trong sinh hoạt là 10 mg/l.
+
Hàm lượng NH4 trong nước cấp cho sinh hoạt, theo tiêu chuẩn của BYT,
không được vượt quá 3 mg/l (đối với nước ngầm ) và 0 mg/l (đối với nước
mặt). Theo tiêu chuẩn Châu Âu, trong nước cấp uống trực tiếp hàm lượng NH 4+
khơng vượt q 0,5 mg/l.
Q trình biến đổi từ NH4+ thành NO3- là q trình Nitrat hóa bao gồm hai
bước:
Nitrosomonas
NH3

Nitrobacter
NO2

-

NO3

-

Quá trình này phu thuộc vào những yếu tố như: lượng chất hữu cơ,
lượng oxi, nhiệt độ, pH của mơi trường.
Ion NO2 có số oxi hóa của nitơ là +3, đây là mức oxi hóa trung gian
của nguyên tố nitơ cho nên NO2 vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa. Nhờ cặp

SVTH: Nguyễn Văn Hồng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

12

electron tự do của nitơ, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhận với ion kim
loại và một số hợp chất khác.
Ion Nitrit còn là sản phẩm trung gian của q trình Nitrat hố từ Amoni nhờ
vi sinh vật.
Ion NO2- có thể được tạo thành do q trình hóa học và quang học.
NO3 + H2O + 2e = NO2 + 2OH

(Eo =0,01 V)

Nitrit cũng có thể có nguồn gốc từ nước thải của các quá trình cơng nghiệp,
chất chống ăn mịn. Nitrit là hợp chất khơng bền, nó sẽ bị oxi hóa tiếp tục
thành Nitrat nếu q trình khơng bị kìm hãm bởi các hợp chất hay các q trình
khác.
1.4. Độc tính của các hợp chất nitơ đối với con người và sinh vật.
Nitơ gây độc chủ yếu là khi tồn tại ở dạng Nitrit, một phần Nitrat và Amoni

ở hàm lượng cao. Amoni là chất khơng có khả năng bay hơi, hàm lượng Amoni
trong nước ngầm thường cao hơn trong nước mặt.
Amoni chỉ gây ảnh hưởng độc hại tới sức khoẻ của những người khoẻ mạnh
khi lượng hấp thụ lớn hơn khả năng đào thải của con người. Nói chung độc tính của
Amoni khơng cao đối với người nhưng trong quá trình bơm, lọc, vận chuyển, lưu
giữ Amoni sẽ chuyển hoá (do vi sinh vật) thành dạng độc là nitrit, nó tiếp tục
chuyển hố trong cơ thể con người và gây độc.
Amoni có mặt trong nước ngầm làm giảm hiệu quả của khâu khử trùng bằng
clo, do nó phản ứng với clo để tạo thành các cloramins, có tác dụng sát khuẩn yếu
hơn nhiều so với clo (khoảng 1.000 lần). Ngồi ra, nó cịn giảm khả năng xử lý sắt,
mangan bằng công nghệ truyền thống. Amoni là nguồn dinh dưỡng, tạo điều kiện
cho các vi sinh vật trong nước, kể cả tảo, phát triển nhanh, làm ảnh hưởng đến chất
lượng nước thương phẩm, đặc biệt là độ trong, mùi, vị, nhiễm khuẩn.
Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho
người sử dụng nước. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các
amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

13

sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha sữa.
Sau khi lọt vào cơ thể, nitrat được chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn
đường ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn Nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác
dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các

hợp chất chứa nitơ gây ung thư.
Việc sử dụng nước ăn uống có hàm lượng nitrat, nitrit cao có thể gây bệnh
Methemoglobinemia, đặc biệt là ở trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi. Trẻ bị nhiễm
methemoglobinemia cấp sẽ bị xanh da do lượng ơxy trong hệ tuần hồn giảm.
Như vậy, độc tính của các hợp chất Nitơ trong nước đối với con người khi sử
dụng là rất lớn, vì vậy cần phải có các biện pháp loại bỏ các chất này ra khỏi nước
trước khi đưa vào sử dụng để đảm bảo sức khỏe cho con người khi dùng.
1.5. Khái quát về các phương pháp xử lý hợp chất nitơ.
1.5.1. Xử lý amoni bằng chất ơxy hố.
Trong nước thiên nhiên, Amơni có thể xử lý được nhờ phản ứng oxy hoá
giữa NH4+ và Cl2. Khi cho clo vào nước, sẽ xảy ra các phản ứng tổng quát sau:
NH3 + 4Cl2 + 3H2O ⇔ NO3- + 9H+ + 8Cl-

(1)

2NH3 + Cl2⇔ N2 + 6H+ + 6Cl-

(2)

Để oxy hoá 1 mg/l NH3 theo phương trình (1) cần 16,7 mg/l Cl, theo phương
trình (2) cần 6,3 mg/l Cl. Kinh nghiệm thực tế cho thấy để oxy hoá 1 mg/l NH 3 cần
khoảng 10 mg/l Cl. Phản ứng oxy hố xử lý amơni bằng clo chỉ xảy ra triệt để tại
điểm gãy. Trước và sau điểm gãy đều tạo nên một lượng clo dư thừa nguy
hiểm.Việc định lượng clo vào nước địi hỏi rất chính xác và nghiêm ngặt.
1.5.2. Xử lý amoni bằng kiềm hoá và làm thống.
Trong nước thiên nhiên, amơni thường tồn tại dưới dạng ion NH4+ hồ tan do
nguồn nước phần nhiều có mơi truờng pH trung tính. Khi thay đổi nâng mơi trường
pH lên cao hơn 10, Amôniắc chuyển từ thể dạng ion hồ tan NH 4+ thành khí hồ tan
trong nước NH3. Q trình xử lý amơni có thể thực hiện bằng phương pháp kiềm
hoá nâng pH lên trên 10, rồi làm thống để đuổi khí NH 3 hồ tan ra khỏi nước.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đờ án tớt nghiệp

14

Lượng khơng khí dùng để làm thống rất cao, tới 1200 m 3 khơng khí cho 1 m3 nước
cần xử lý.
1.5.3. Xử lý amoni bằng trao đổi ion.
Phương pháp xử lý Amoni và các hợp chất khác của nitơ bằng trao đổi ion đã
được nhiều tác giả nghiên cứu (Y.R. Richard, 1989; Lauch và Guter,1986; I.J.
Fletcher và các cộng sự, 1991). Q trình xử lý amơni có thể thực hiện được bằng
phương pháp trao đổi ion với các chất trao đổi ion mạnh. Các cation trao đổi chọn
lọc theo thứ tự sau:
Fe3+, Al3+, Ba2+, Cr2+, Ca2+, Cu2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+, NH4+, Na+, H+
Từ dãy trao đổi chọn lọc trên, có thể thấy NH 4+ chỉ có thể xử lý được bằng
phương pháp trao đổi ion khi các cation đứng trước nó đã được xử lý hết. Phương
pháp này đặc biệt không kinh tế khi độ cứng trong nước cao. Phương pháp xử lý
amôni bằng trao đổi ion nhìn chung rất tốn kém và ít được áp dụng để xử lý nước
cấp cho ăn uống và sinh hoạt.
1.5.4. Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học.
Ba phương pháp trên ít được áp dụng trong thực tế do vần đề kinh phí đầu và
vận hành rất cao. Phương pháp xử lý Amôni sinh học là phương pháp thông dụng,
được áp dụng để xử lý hầu hết các nguồn nước chứa amôni. Cơ sở của phương pháp
là dùng các vi khuẩn tự dưỡng hoạt động trong mơi trường hiếu khí. Các chất cần
thiết cho sự phát triển của vi khuẩn xử lý amơni là nguồn cacbon có từ các ion

bicacbonat HCO3- có trong nước, oxy hồ tan và phốt pho. Amoni được oxy hóa về
nitrit và sau đó chuyển thành nitrat. Q trình trên là q trình oxy hóa amoni hay
cịn gọi là q trình nitrat hóa.
Oxy hóa amoni bằng oxy phân tử (tác nhân oxy hóa) cịn gọi là q trình nitrat hóa:
NH4+ + 1,5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O

(1)

NO2- + 0,5 O2 → NO3-

(2)

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O

(3)

Phản ứng 1, 2 được thực hiện do chủng vi sinh vật nitrosomonas và nitrobacter.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

15

Sau đó là quá trình khử nitrat hóa chuyển về khí N2.
4NO3- + 4H+ + 5Chữu cơ  5CO2 + 2N2 + 2H2O
→

1.6. Các kĩ thuật xử lí hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp sinh học.
1.6.1. Khái qt về phương pháp xử lí sinh học.
Q trình xử lí nước ơ nhiễm bằng phương pháp sinh học thực chất là tách
các chất ô nhiễm ra khỏi nước hoặc chuyển hóa chúng thành những chất
khơng độc, hoặc ít độc hơn. Các chất tan trong nước là đối tượng chính trong xử lí
nước thải. Trong q trình xử lí sinh học, một phần chất tan gây ô nhiễm được
chuyển hóa thành sinh khối, được tách ra dưới dạng chất rắn thơng qua các kĩ
thuật thích hợp như lắng, lọc, một phần được chuyển hóa thành các chất khơng độc
thơng qua các phản ứng sinh hoá xảy ra trong tế bào của vi sinh vật.
Q trình sinh hóa cung cấp nguyên liệu và năng lượng để xây dựng tế bào
và duy trì hoạt động của vi sinh vật, tức là để chúng phát triển và tồn tại.
Nhóm sinh vật tham gia vào q trình xử lí nước thải gồm vi khuẩn, tảo,
động vật nguyên sinh, động vật, thực vật bậc t và siêu vi khuẩn (vi rút). Vi sinh
vật là dạng cơ thể sống trải qua các giai đoạn: sinh ra, lớn lên và chết đi. Để
sinh sản và phát triển chúng cần có nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng (có sẵn trong
nước thải hoặc bổ sung thêm) cùng một loạt điều kiện khác từ môi trường. Các vi
khuẩn thường sử dụng trong xử lí nước là: Nitrosomonas, Nitrobacter,
Nitrosospira, Nitrosolobus, Nitrococcus…Trong

các lồi vi khuẩn đó thì

Nitrosomonas và Nitrobacter là 2 loại phổ biến nhất tham gia vào quá trình xử lý
nước. Các vi sinh vật này là loại tự dưỡng vì chúng tiếp nhận năng lượng cho sự
sinh trưởng và tổng hợp tế bào từ sự oxi hóa các hợp chất vô cơ hoặc CO 2 hơn là
từ các hợp chất hữu cơ. Hai loài vi sinh vật này đều có u cầu về mơi trường
riêng biệt cho sự sinh trưởng như pH, nhiệt độ, oxi hòa tan.
1.6.2. Các kĩ thuật xử lí hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp sinh học.
Để xử lí nguồn ơ nhiễm chứa các hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp
sinh học có nhiều kĩ thuật nhưng một số kĩ thuật thường được sử dụng như là hệ

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

16

lọc sinh học, kĩ thuật nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, kỹ thuật màng vi sinh tầng tĩnh
và kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động ,...
•

Hệ lọc sinh học.
Hệ lọc sinh học có đặc trưng quan trọng nhất là vi sinh vật bám vào bề mặt
của chất rắn, gọi là chất mang, tạo thành màng vi sinh. Màng sinh học là lớp màng
chứa các vi sinh vật bám vào chất rắn khá chặt để không bị bong ra. Thời gian lưu
thủy lực (tiếp xúc) với nước ngắn nên vi sinh vật tự do trong nước ít có cơ
hội khuếch tán vào sâu bên trong màng vi sinh, dễ bị rửa trơi theo dịng chảy.
Yếu điểm của kĩ thuật lọc sinh học là hiệu quả xử lí khơng cao vì trước khi cơ
chất được vi sinh vật sử dụng đã xảy ra một loạt các quá trình chuyển khối trong
lớp lọc. Tốc độ của hầu hết các quá trình chuyển khối rất chậm, đặc biệt là quá
trình khuếch tán qua màng nên thường là yếu tố khống chế tồn bộ tiến trình
động học xử lí nước thải.
• Kĩ thuật lọc nhỏ giọt.
Lọc nhỏ giọt là kĩ thuật thơng dụng trong xử lí nước thải bậc hai với nhiều
phiên bản khác nhau. Hệ phản ứng lọc nhỏ giọt bao gồm ba pha: chất rắn (màng vi
sinh bám trên chất mang), nước thải chứa cơ chất cần xử lí (khoảng rỗng của
tầng chất rắn), khơng khí sục vào hệ xử lý.
Tầng lọc chất rắn là tầng cố định, thường là vật liệu bằng đá với kich thước

5 – 20 cm với chiều cao từ 1,2 - 1,5 m(thường là 1,8 m) hoặc vật liệu nhựa với
các kiểu cấu hình khác nhau, chiều cao của tầng lọc từ 4 - 12m.
Nước thải được phân tán thành các giọt nhỏ, phun đều lên toàn bộ tiết diện
cột lọc trên bề mặt của chất mang và được thu lại ở dưới đáy bể lọc. Khơng khí
thâm nhập vào bể lọc từ phía đáy lên trên tạo ra dòng khá ổn định. Biện pháp tăng
cường dịng khí bằng các kĩ thuật cưỡng bức ít được sử dụng trong thực tế vì do sự
chênh lệch nhiệt độ giữa tầng tĩnh, nước thải và không khí xung quanh tạo điều
kiện cho q trình đối lưu (tự nhiên) của khơng khí diễn ra thuận lợi, đủ khả
năng cấp khí cho phản ứng xảy ra. Cấp khí cưỡng bức chỉ thực hiện khi nồng độ cơ
chất quá cao, kích thước vật liệu mang nhỏ.

SVTH: Nguyễn Văn Hồng

Lớp: LĐH2KM1


Đờ án tớt nghiệp

17

Lọc nhỏ giọt có hiệu quả cao về phương diện cố định vi sinh vật, khả năng
tiếp xúc giữa nước và màng vi sinh và hiệu quả hấp thu oxy của nước.
• Đĩa quay sinh học
Đĩa quay sinh học là thiết bị được gắn rất nhiều đĩa hình trịn trên một trục
quay. Vật liệu chế tạo đĩa là polyethylen hoặc polyninylclorua. Thiết bị đĩa
quay sinh học được đặt chìm trong nước (40% tổng diện tích bề mặt) và quay với
tốc độ chậm. Màng vi sinh vật hình thành trên mặt đĩa nhựa với độ dày 14mm tương đương với mật độ bùn 2500- 10000mg/l trong kĩ thuật dạng huyền
phù. Do chuyển động quay, đĩa chứa màng vi sinh được tiếp xúc với cơ chất (chất
gây ô nhiễm) khi chuyển động trong nước và tiếp xúc với oxy của khí quyển khi
quay trong khơng khí để các phản ứng hiếu khí xảy ra. Tác động quay của thiết bị

cũng là cơ chế kiểm soát độ dày của màng vi sinh vật, loại bỏ sinh khối dư thừa
bám trên đĩa . Lượng sinh khối bong ra khỏi đĩa được tách loại nhờ bể lắng thứ
cấp khác.
Màng vi sinh bám trên đĩa có dạng thơ nhám, chứa ít vi sinh vật dạng sợi.
Diện tích riêng của thiết bị (dùng nhựa polyetylen) đạt 121m2.m-3. Mỗi thiết bị đơn
lẻ có kích thước: đường kính tới 3,7 m và chiều dài tới 7,6 m, tổng diện tích đĩa
trong một thiết bị có diện tích tới 9290 m 2. Đặc điểm nổi trội nhất của loại hình kĩ
thuật xử lý đĩa quay sinh học là tiết kiệm năng lượng.
• Kỹ thuật tầng chuyển động ( Moving Bed Biofilm Reactor – MBBR )
Tầng chuyển động cũng sử dụng vật liệu mang có kích thước thích hợp để
cố định vi sinh vật. Các vi sinh vật bám dính trên các màng vi sinh gọi là chất
mang. Các chất mang này có diện tích bề mặt lớn là điều kiện tốt để các vi sinh vật
sinh trưởng và phát triển. Để giữ cho trạng thái chuyển động của vật liệu lọc sử
dụng sục khí giống như hệ bùn hoạt tính, điểm khác nhau là trong khối phản ứng
có mặt chất mang với nhiệm vụ cố định vi sinh vật.
Hiệu quả xử lý chỉ thấp hơn dạng kỹ thuật lưu thể (Fluidized bed reactor), cao
hơn nhiều so với các kỹ thuật khác, bù lại vận hành công nghệ này đơn giản hơn
nhiều so với kỹ thuật tầng lưu thể và khơng cần thiết phải có thêm cơng đoạn lắng.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

18

Kỹ thuật tầng chuyển động sử dụng vật liệu mang có kích thước lớn (cỡ cm),
nhẹ (khối lượng riêng ngang với nước ), với bề mặt được bảo vệ lớn (hạn chế bong
màng vi sinh ra khỏi chất mang), độ rỗng (bề mặt tiếp xúc ) cao. Ưu điểm của kỹ

thuật tầng chuyển động so với các kỹ thuật khác là chi phí vận hành thấp phù hợp
với điều kiện ở Việt Nam. Sử dụng kích thước vật liêu mang lớn > 1cm nên không
phải thiết kế thêm bể lắng bùn (do lượng bùn sinh khối sinh ra nhỏ ). Điều kiện vận
hành đơn giản khơng địi hỏi trình độ kỹ thuật cao mà vẫn đạt hiệu quả xử lý như
mong muốn. Do đó trong khóa luận này tôi đi sâu nghiên cứu xử lý amoni bằng kỹ
thuật vi sinh tầng chuyển động.
Hiệu quả hoạt động của bể lọc sinh học sử dụng vật liệu mang tầng chuyển
động phụ thuộc vào các yếu tố:
•

Yếu tố cấu trúc hệ xử lý như vật liệu mang, hệ phân phối khí, nước.

•

Yếu tố vận hành: liều lượng khí cấp, tốc độ nước, tải lượng và thời gian

•

Đặc trưng nước thải: chất rắn không tan, hàm lượng hữu cơ, hàm lượng

lưu.
chất dinh dưỡng, dao động lưu lượng, nhiệt độ.
•

Mục tiêu xử lý: xử lý triệt để, tiền xử lý, xử lý sâu.

Do có các ưu điểm trên nên phương pháp kỹ thuật tầng chuyển động đang
được áp dụng ngày càng nhiều hơn, cho hiệu quả xử lý tốt hơn.
Trước tình hình thực tiễn ở Việt Nam, mức thu nhập chưa cao, khả năng tài
chính hạn hẹp, trình độ kỹ thuật vận hành còn hạn chế nên phương án kỹ thuật được

lựa chọn là kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động.
Các hợp chất của nito trong nước ngầm sau khi xử lý để sử dụng cho mục
đích sinh hoạt ăn uống cần phải đạt QCVN 01/2009/BYT.
Bảng 2. Giới hạn cho phép của các thông số NH+4, NO3-, NO2- trong nước sử dụng
cho mục đích sinh hoạt ăn uống theo tiêu chuẩn 01/2009/BYT.
Stt

Tên chỉ

Đơn vị

tiêu

Giới hạn tối

Phương pháp thử

đa cho phép

Mức độ
giám sát

SMEWW 4500 - NH3 C
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

1

NH+4

19

Mg/l

3

hoặc SMEWW 4500 -

B

NH3 D
2

NO3-

Mg/l

50

TCVN 6180 - 1996 (ISO

A

7890 -1988)
3

NO2-

Mg/l

3

TCVN 6178 - 1996 (ISO

A

6777-1984)
1.7. Quá trình oxy hóa Amoni xảy ra trong hệ xử lý.
Xử lý amoni trong nước với mục đích cao nhất về cơng nghệ là chuyển hóa
về dạng khí nito, đây là thành phần được xem là bền và không gây hậu quả xấu tới
môi trường. Nhưng trong thời gian ngắn, hoặc điều kiện chưa cho phép có thể khử
amoni thành dạng nitrat thơng qua q trình nitrat hóa.
Vi sinh vật sử dụng một lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng để xây dựng
tế bào, một lượng chất vi sinh sử dụng để sản xuất năng lượng thơng qua phản ứng
sinh hóa, tỷ lệ của hai q trình đó phụ thuộc vào hiệu suất sinh khối của từng loại
vi sinh. Vì vậy chất dinh dưỡng cho quá trình xử lý cũng khác nhau khi tính theo
nồng độ vi sinh.
Amoni được oxy hóa về nitrit và sau đó chuyển thành nitrat. Q trình trên là
q trình oxy hóa amoni hay cịn gọi là q trình nitrat hóa.
Oxy hóa amoni bằng oxy phân tử (tác nhân oxy hóa) cịn gọi là q trình
nitrat hóa:
NH4+ + 1,5 O2 → NO2- + 2H+ + H2O

(1)

NO2- + 0,5 O2 → NO3-

(2)

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O

(3)

Phản ứng 1, 2 được thực hiện do chủng vi sinh vật Nitrosomonas và
Nitrobacter để sản xuất năng lượng và thuộc loại vi sinh tự dưỡng sử dụng Cacbon

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

20

vô cơ chủ yếu là HCO3 – và CO2, chất dinh dưỡng sử dụng (N, P, các nguyên tố vi
lượng…), thành phần nito sử dụng nhiều nhất để xây dựng tế bào là amoni.
Một số yếu tố ảnh hưởng tới q trình oxy hóa amoni: nhiệt độ, pH, nồng
độ oxy, ảnh hưởng của độc tố, thời gian lưu và cả nồng độ amoni.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ .
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của vi sinh tự dưỡng: tăng khi
nhiệt độ tăng. Từ thực nghiệm đã xây dựng được mối quan hệ giữa µm và nhiệt độ
theo các loại tương quan định lượng khác nhau và vì vậy sẽ thu được các giá trị
khác nhau. Một trong những hàm tương quan hay được sử dụng là phương trình
Downing:
µm ∼ 0,47. exp[0,098(T-15)]

T: nhiệt độ (oC)
Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh trong giai đoạn này là khoảng 15-30 0C, hoặc
cũng có thể cao hơn.
- Ảnh hưởng của pH .
Sự phụ thuộc của tốc độ sinh trưởng vào pH của môi trường đã được nghiên
cứu rất kỹ: pH tối ưu cho quá trình nằm trong một khoảng khá rộng xung quanh pH
= 8 (7,6-8,6), pH < 6,2 hoặc pH > 10 ức chế hầu như hồn tồn q trình hoạt động
của vi sinh vật.
- Ảnh hưởng của độc tố .
Trong hai loại vi sinh tự dưỡng tham gia vào q trình oxy hóa Amoni thì
loại Nitrosomonas có tốc độ sinh trưởng chậm hơn loại Nitrobacter với hiệu suất
sinh khối nằm trong khoảng 0,05 - 0,29g SK hữu hiệu/g NH4-N.
Thông thường loại vi sinh vật có tốc độ phát triển chậm thì có sức sống và
chịu đựng hồn cảnh bất lợi của mơi trường tốt hơn loại phát triển nhanh, ví dụ loại
vi sinh vật yếm khí có khả năng chịu đựng tốt hơn loại hiếu khí. Tuy vậy, so với
loại vi sinh vật dị dưỡng, loại tự dưỡng có sức chịu đựng thấp hơn, chúng bị ức chế
hoặc mất khả năng hoạt động do tác động của nhiều loại độc tố: một số họp chất
hữu cơ, kim loại nặng. Các độc tố đối với vi sinh tự dưỡng có thể chỉ có tác động ức
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

21

chế hoặc tiêu diệt chúng phụ thuộc vào dạng cụ thể và nồng độ. Một loạt các hợp
chất hữu cơ tổng hợp có độc tính cao đối với vi sinh tự dưỡng là: hợp chất phenol,
hợp chất chứa clo, hợp chất Nitơ. Liều gây chết LC-50 khá thấp đối với

Nitrosomonas. Ví dụ LC-50 đối với Nitrosomonas của Methylen chlorid: 1,2 mg/l;
Chloroform: 0,48 mg/l; 1. 1. 2. 2. Tetrachloroethan: 1,4 mg/l; Trichloromethylen:
0,81 mg/l; 1. 3 Dichloropropen: 0,67 mg/l; 5 Chloro-1 pentyne: 0,59 mg/l và đặc
biệt là 2-Chloropropionic axit: 0,04 mg/l. Mức độ chịu đựng các hợp chất trên của
loại vi sinh dị dưỡng cao hơn nhiều lần, từ vài chục đến một ngàn lần hoặc lớn hơn.
Ảnh hưởng của một số Anion như sau: với nồng độ Florua 100 mg/l sẽ làm
giảm q trình Nitrat hóa 80%. Sunfat với nồng độ tới 50 mg/l không gây ảnh
hưởng. Clorua có ảnh hưởng khá mạnh, tốc độ oxy hóa amoni giảm gần như tuyến
tính khi nồng độ clorua tăng trong khoảng 40 đến 70 mg/l. Tốc độ Nitrat hóa giảm
tới 60% khi nồng độ Nitrit NO2--N nằm trong khoảng một vài trăm mg/l tại pH = 8.
Nhìn chung, vi sinh vật tự dưỡng rất dễ bị ức chế bởi nhiều loại độc tố khác
nhau, dẫn tới tốc độ oxy hóa các loại nước thải cũng rất khác nhau, vì vậy khi thiết
kế một hệ xử lý nước cụ thể nên tiến hành nghiên cứu trước trong phịng thí nghiệm
hoặc nghiên cứu đánh giá ở qui mơ pilot.

SVTH: Nguyễn Văn Hồng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

22

CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu.
- Nước ngầm cho sinh hoạt tại Hà Nội với hàm lượng Amoni (NH4+) < 20
mg/l.
- Khả năng xử lý Amoni trong nước ngầm bằng hệ thống bể lọc sinh học sử
dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động ,với vật liệu mang vi sinh MBC -1

2.2. Mục tiêu nghiên cứu.
Đánh giá hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm bằng hệ thống bể lọc sinh
học sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động với các loại nước có nồng độ amoni
và thời gian lưu khác nhau.
2.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong nước.
2.3.1. Xác định pH.
Đại lượng pH là chỉ số quan trọng biểu thị nồng độ axit hay kiềm của nước:
pH thấp chứa nhiều axit, pH cao chứa nhiều kiềm, pH bằng 7 là nước trung tính.
Khoảng giá trị đo pH là 0-14, cũng có loại máy đo pH với giá trị cao hơn.
pH của nước được xác định bằng đầu đo điện cực Meettber toledo MP20, được
chuẩn hóa lại trước khi xác định pH (dung dịch chuẩn có pH = 7, hoặc = 4).
2.3.2. Xác định kiềm.
Độ kiềm trong nước gây ra do sự có mặt của các Anion của Axit yếu mà chủ
yếu là các Ion OH -, CO32-, HCO3- , Khi PH của nước lớn hơn 8,2 thì độ kiềm của
nước do cả 3 loại Ion trên gây ra. Khi pH của nước nhỏ hơn 8,2 thì không tồn tại 2
loại Ion OH- và CO32- , mà chỉ do HCO3- gây ra.
1.Nguyên tắc.
H+ + OH- = H2O
-

Dựa trên phản ứng trung hòa axit-bazơ, dùng dung dịch chuẩn HCl 0,02 N

chuẩn độ mẫu.
- Chỉ thị Metyl da cam.
- Dung dịch chuyển từ màu vàng da cam sang màu đỏ ghạch.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1

Đồ án tốt nghiệp

23

2. Hóa chất .
- Dung dịch chuẩn HCl.
- Phenolphtalein.
- Metyl da cam.
• Cách pha:
- Dung dịch HCl 0,02 N : Hút 100ml HCl 0,1N định mức bằng nước cất thành
500ml trong bình định mức 500.
- Dung dịch chỉ thị Metyl da cam : Hòa tan 0,5 g Metyl da cam vào 100 ml
nước cất.
3. Tiến hành.
-

Xác định kiềm tổng AT.
Dung dịch HCl 0,02N.
25 ml dung dịch mẫu.
2 giọt chỉ thị metyl da cam.

→ Dung dịch chuyển từ màu vàng da cam sang màu đỏ gạch non thì dừng
chuẩn độ, ghi thể tích HCl tiêu tốn (V’HCl).
4.Kết quả.

VHCl.CNHCl . 50. 1000
AT =

( mg CaCO3/l ).

Vmẫu

2.3.3. Xác định amoni bằng phương pháp dùng thuốc thử Neesler
1.Phạm vi áp dụng.
-

Xác định cho nước ngầm, nước mặt và nước sinh hoạt.
Không áp dụng cho loại nước ơ nhiễm có hàm lượng amoni thấp.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

-

24

Khoảng xác định NH4+ là: 0,1 mg/l → 1 mg/l. Đối với nước ngầm là 1 mg/l.

2.Yếu tố ảnh hưởng:
-

Độ đục, mầu: loại bỏ bằng cách lọc mẫu.
Độ cứng của nước: loại bỏ bằng cách cho thêm vài giọt muối rochelle
(KnaC4H4O6.4H2O).

3.Nguyên tắc:

-

Ion NH4+ + thuốc thử nessler

phức màu vàng
λ = 410 nm
(Đường 35)
Đo quang

4.Hóa chất:
-

Dung dịch nessler: hòa tan 10 g HgI2 và 7 g KI trong 25 ml nước cất và hòa

tan 16 g NaOH trong 50 ml nước cất, để thật nguội sau đó thêm từ từ đồng thời
khuấy dung dịch HgI2 + KI vào dung dịch NaOH đã để nguội và định mức thành
100 ml ta được dung dịch có màu vàng rơm. Để lắng phần kết tủa rồi gạn bỏ phần
kết tủa đi.
- Dung dịch muối Rochelle: hòa tan 5g KNaC 4H4O6.4H2O trong 10 ml nước
cất, đun sôi cạn bớt đi 3 ml sau đó để nguội rồi định mức thành 10 ml (đun sôi đuổi
NH3 trong muối).
- Dung dịch NH4Cl 1,22 g/l: hịa tan 0,382 g NH4Cl (đã sấy khơ ở 100oC trong
1 giờ) trong 100 ml nước cất sau đó lấy 1ml pha thành 100 ml ta được dung dịch có
nồng độ NH3 là 12,2 mg/l
5.Tiến hành:
-

Từ dung dịch mẫu đầu vào nồng độ 40 mg/l pha loãng ra dung dịch có nồng

độ 0,96 mg/l trong bình định mức 25ml, 4 mẫu đầu ra pha lỗng 20 lần trong bình

định mức 25ml. Mẫu được đựng trong cốc thủy tinh. Thêm hóa chất: 4 giọt muối
rochelle, 0,5 ml dung dịch nesler. Mẫu trắng là nước cất có các điều kiện như trên.
Đem đo quang ở đường 35 (bước sóng 410 nm) được dãy kết quả nồng độ, suy ra
nồng độ chất trong mẫu ban đầu.
SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1


Đồ án tốt nghiệp

25

2.3.4. Xác định Nitrat bằng phương pháp Salisilat.
1.Phạm vi áp dụng.
-

Xác định ion Natri trong nước đối với mẫu nước thô và nước sinh hoạt.
Không xác định với nước ơ nhiễm có nồng độ NO3- cao.
Khoảng xác định: 0,1 – 20 mg/l.

2.Yếu tố ảnh hưởng.
-

Chất lơ lửng: lọc mẫu.
Ion kim loại: loại trừ bằng phương pháp axit hóa mẫu.

3.Nguyên tắc.
tách H2O

Ion NO3- + HO-C4H6 –COONa

H/C Nitro
H+ + NaOH
Phức màu vàng chanh.
λ= 410 nm (đường 53)
Đo quang.

4.Hóa chất.
-

Dung dịch H2SO4 đặc.
Dung dịc NaOH 10M: hòa tan 400 g NaOH vào 1 lít nước cất.
Dung dịch Natri salysilat: hòa tan 1g Natri nalysilat trong 100ml nước cất.

Bảo quản dung dịch trong chai thủy tinh hoặc chai polyetylen.
5. Tiến hành.
-

Chuẩn bị 6 cốc thủy tinh nhỏ, mẫu đầu vào và đầu ra lấy 5ml mẫu đã pha

loãng cho vào mỗi cốc, thêm 0,5 ml natri salisilat, đun trên bếp điện đến khô cạn,
không cháy, nhấc xuống để 10 phút, thêm 0,5 ml axit H 2SO4, tráng quanh thành
cốc, tia thêm một it nước cất vào thành cốc, thêm 2,5 ml NaOH 10N. Chuyển mẫu
vào bình định mức 25 và định mức tới vạch. Mẫu trắng thay bằng nước cất với các
điều kiện tương tự. Đợi 5-10 phút để phát triển màu đem đo quang ở đường 87
(bước sóng 410 nm), được dãy kết quả nồng độ.

SVTH: Nguyễn Văn Hoàng

Lớp: LĐH2KM1