Nghiên cứu xử lý nước thải ngâm tre, nứa bằng phương pháp lọc sinh học

Lời mở đầu
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các ngành: công
nghiệp, nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, dịch vụ và một số ngành khác đều
có những bứơc tiến nhảy vọt cả về số lợng cũng nh chất lợng. Cùng với sự phát
triển nhanh chóng của thế giới, Việt Nam là một trong những nớc đã và đang
phấn đấu để theo kịp sự phát triển đó. Bên cạnh việc đầu t, u tiên phát triển cho
các ngành công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ, Việt Nam đã chú ý khôi phục,
phát triển các làng nghề truyền thống có từ lâu đời, mà trong một thời gian dài
tởng nh bị lãng quên, ngày càng bị mai một. Do trớc kia không mang lại hiệu
quả kinh tế cho ngời dân các vùng làng nghề.
Nớc ta hiện nay có rất nhiều làng nghề tiểu thủ công nghiệp, với hàng
trăm mặt hàng đợc làm từ nhiều nguyên liệu khác nhau. Có rất nhiều làng nghề
mang đậm nét truyền thống từ lâu đời nh: tranh Đông Hồ, giấy Phong Khê, hay
làng nghề sản xuất tranh tre xuất khẩu mới phát triển mạnh trong vài năm gần
đây ở Thôn Xuân Lai, Xã Xuân Lai, Huyện Gia Bình, Tỉnh Bắc Ninh Trong số
các mặt hàng thủ công mỹ nghệ chiếm lĩnh đợc thị trờng thì các sản phẩm làm
từ tre nứa có vị trí hàng đầu. Đây là một trong những mặt hàng đợc a chuộng ở
nhiều nớc nh: Châu Âu, Nhật BảnCác vật liệu trong sản xuất hàng thủ công
mỹ nghệ ở nớc ta hiện nay chủ yếu là: cói, mây, gỗ, tre, nứaTrong đó tre, nứa
là nguyên liệu sẵn có nhất ở nớc ta và đợc sử dụng nhiều trọng việc tạo ra các
sản phẩm. Làng nghề sử dụng tre nứa làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm
thủ công mỹ nghệ xuất khẩu cũng khá nhiều, song điển hình là ở Xã Yên Tiến,
Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Định. Nó không những là nguyên liệu để sản xuất
hàng thủ công mỹ nghệ mà nó còn là nguyên liệu rất quan trọng trong công
nghiệp sản xuất giấy. Bên cạnh những lợi ích về kinh tế và xã hội nh vậy thì một
vấn đề đợc coi là cấp bách hiện nay tại các làng nghề đó là ô nhiễm môi trờng,
đặc biệt là môi trờng nớc bị ô nhiễm một cách trầm trọng.
Nớc ở các làng nghề nói chung phần lớn bị ô nhiễm, ở đây ta xét nớc ngâm
tre tại xã Yên Tiến - ý Yên, sử dụng tre nứa làm nguyên liệu đã bị ô nhiễm chủ
yếu do quá trình ngâm tre nứa để chuẩn bị nguyên liệu cho sản xuất hàng thủ
công mỹ nghệ từ tre, nứa. Nh chúng ta biết thì trong nớc ngâm tre nứa thì hàm l-

ợng chất hữu cơ rất cao, đặc biệt là xenlulozo và một số hợp chất hữu cơ khó
phân huỷ khác. Trớc những điều kiện thực tế nh vậy, đòi hỏi các nhà chuyên
môn cũng nh các ngành có liên quan phải có một số phơng pháp phù hợp để xử
lý nguồn nớc bị ô nhiễm đó. Có giải quyết đợc vấn đề này thì chúng ta mới có
một môi trờng sinh thái tơng đối ổn định, gắn việc phát triển ngành tiểu thủ
công nghiệp với bảo vệ môi trờng. Đó cũng chính là thông điệp gửi tới tất cả
mọi ngời hãy giữ gìn và bảo vệ môi trờng sống của chúng ta
Dựa trên thực tế ô nhiễm nớc do ngâm tre nứa tại Xã Yên Tiến, Huyện ý
Yên, Tỉnh Nam Định chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu xử
lý nớc thải ngâm tre, nứa bằng phơng pháp lọc sinh học với một số nội
dung nh sau:
1. Phân lập các vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao.
2. Nghiên cứu cố định các vi sinh vật lên trên vật liệu lọc.
3. Đánh giá quá trình xử lý nớc (Động thái của qúa trình xử lý nớc
ngâm tre nứa)
Đề tài này đợc thực hiện tại Phòng Công nghệ lên men-Viện Công nghệ
sinh học-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Chơng 1: tổng quan
1. 1. Vài nét về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và môi tr ờng xã Yên
Tiến ý Yên Nam Định
1. 1. 1. Điều kiện tự nhiên
Nam Định là một tỉnh
đã và đang phát triển rất
mạnh trong khu vực các
tỉnh phía Bắc. Hiện nay
Nam Định đang đợc nhà
nớc đầu t xây dựng và
phát triển để trở thành
một trong những thành
phố vệ tinh trọng điểm

trong vùng tam giác kinh
tế phía Bắc.
Hình 1: Bản đồ Xã Yên Tiến, Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Định
Nhờ có vị trí là cửa ngõ giữa Miền Bắc và Miền Trung cho nên Nam Định
đã trở thành một trong những tỉnh giàu tiềm năng kinh tế và ngày càng khẳng
định đợc vị trí của mình.
Một trong những huyện góp phần to lớn vào sự phát triển đó không thể
không nhắc tới huyện ý Yên. Huyện nằm giáp thị xã Ninh Bình, ba mặt (phía
bắc, tây, nam) giáp sông Đáy, một nhánh của sông Hồng, phía Đông giáp huyện
Vụ Bản. Huyện có thị trấn Lâm, và có 11 xã, ý Yên nằm ở phía Bắc.
Huyện ý Yên có quốc lộ 10 và đờng sắt - bắc nam chạy qua địa phận, tạo
điều thuận lợi trong việc đi lại, cũng nh vận chuyển nguyên vật liệu, tiêu thụ sản
phẩm và việc xuất khẩu của các cơ sở sản xuất của huyện. Đây là một điều kiện
có ý nghĩa quan trọng cho sự phát triển của nền kinh tế địa phơng.
Nhờ có những thuận lợi đó mà ở đây có nhiều ngành thủ công mỹ nghệ ra
đời và phát triển mạnh. Trong đó có hai nghề nổi bật và mang lại hiệu quả kinh
tế nhất ở Nam Định là đúc đồng và hàng thủ công mỹ nghệ làm từ tre nứa.
Nói đến làng quê từng có sản phẩm sơn mài nổi tiếng nhất Miền Bắc nớc ta
phải kể đến làng quê sơn mài Cát Đằng (Huyện ý Yên, Tỉnh Nam Định). Một
làng nghề có bề dày lịch sử lâu đời. Ngời ta nói rằng, các đồ sơn mài vẫn dùng
để trang trí nội, ngoại thất trong các lăng tẩm, các cung đình xa Huế, Đà Nẵng,
Hà Nội chủ yếu do bàn tay tài hoa của các nghệ nhân làng Cát Đằng làm ra [11]
1. 1. 2. Điều kiện kinh tế xã hội
Nh chúng ta biết thì trứơc kia Nam Định là một tỉnh thuần nông, ngời dân
sống chủ yếu nhờ vào cây lúa, thu nhập thấp, đời sống của ngời nông dân rất vất
vả. Nhng vài năm trở lại đây, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của các làng nghề
nên đời sống của ngời dân nơi đây đợc nâng cao rất nhiều, thu nhập bình quân
theo đầu ngời là ở từ 300.000-700.000 đồng. Đối với ngời nông dân thì mức thu
nhập nh vậy là khá cao so với các vùng thuần nông khác rất nhiều. Chỉ tính
riêng năm 2004, xã Yên Tiến là một trong những xã có mức thu nhập bình quân

(GDP) tăng trởng 86%. Có không ít gia đình trong xã đã trở thành tỷ phú nhờ
nghề này. Đời sống kinh tế - xã hội ở đây khá cao, các hoạt động xã hội đợc
quan tâm đúng mức, đầu t cho giáo dục, y tế, cơ sở hạ tầng nâng lên rõ rệt.
Có rất nhiều cơ sở sản xuất đã trở thành các công ty t nhân, công ty
TNHH, công ty cổ phần Sự ra đời của các công ty đã tạo ra một hệ thống sản
xuất có quy mô và tập trung, không còn sự sản xuất nhỏ lẻ, manh mún nh trớc
kia. Các cơ sở đó đã thu gom sản phẩm của các hộ gia đình cho nên việc xuất
khẩu đợc thuận lợi hơn. Sự phát triển của các ngành thủ công mỹ nghệ nơi đây,
ngoài việc tạo công ăn việc làm cho ngời dân nơi đây những lúc nông nhàn mà
còn tạo việc làm cho rất nhiều lao động ở các tỉnh xung quanh nh: Hải Dơng,
Hà Nam, Thái Bình
Huyện ý Yên có 11 xã, trong đó Yên Tiến là một trong những xã có dân số
cũng nh diện tích lớn nhất huyện. Dân số của xã hơn 10000 ngời dân. Đây
chính là nguồn nhân lực chủ yếu và dồi dào cho các làng nghề. Trong đó có đến
hơn 90% dân số tham gia vào sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ từ tre, nứa. Các
sản phẩm làm từ tre nứa ở đây cũng khá đa dạng về chủng loại và mẫu mã. Bên
cạnh sự phát triển của hàng thủ công mỹ nghệ từ tre, nứa thì ở xã Yên Tiến còn
có các hộ gia đình, các doanh nghiệp vừa và nhỏ sản xuất hàng thủ công mỹ
nghệ làm từ gỗ chủ yếu là đồ thờ. Đây cũng là một nghề đem lại lợi ích của ng-
ời dân nơi đây, cũng nh của các doanh nghiệp sản xuất.
Hiện nay Nam Định đã và đang từng bớc đạt đợc những thành tựu bớc đầu
do công nghiệp, dịch vụ đem lại thì sự quan tâm đầu t, khôi phục và phát triển
các làng nghề cũng đóng góp một phần quan trọng và to lớn cho sự phát triển
nền kinh tế của huyện ý Yên nói riêng và tỉnh Nam Định nói chung. Trong đó
điển hình là sự phát triển của các làng nghề ở xã Yên Tiến, Huyện ý Yên.
Khi đánh giá tình hình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Nam Định 5
năm qua, sản xuất công nghịêp tiểu thủ công nghiệp đợc ghi nhận là ngành
có mức tăng trởng cao so với nhịp độ bình quân 20. 4% năm. Trong đó công
nghiệp địa phơng đạt tăng trởng bình quân 23. 4%. Đến nay Nam Định có 87
làng nghề với gần 31. 500 hộ, gần 82. 300 lao động làm nghề tiểu thủ công

nghiệp, giá trị sản xuất tăng gấp 3 lần so với năm 2000. [11]
1. 1. 3. Điều kiện môi trờng
Quá trình sản xuất của làng nghề hiện nay ở Yên Tiến hiện nay phát triển rất
mạnh mẽ nhng chủ yếu là riêng lẻ, không có quy hoạch tổng thể nào cả. Xã Yên
Tiến có các làng nghề nh: sản xuất cơ khí, mạ, vật liệu xây dựng, mây tre đan,
chế biến lơng thực thực phẩm mà quá trình điều tra cho thấy nồng độ các chất ô
nhiễm trong nớc thải, khí thải, bụi, tiếng ồn đều vợt quá nhiều lần tiêu chuẩn
cho phép. [12]
Với điều kiện tự nhiên của địa phơng nh có nhiều sông ngòi, kênh rạch, mơng
nhỏ chạy quanh làng, đã tạo cho ngời dân nơi đây những địa điểm làm nơi
ngâm tre nứa rất thuận lợi. Trung bình mỗi ngày xã có khoảng 150 200 tấn
tre nứa tơi đợc đem ngâm phục vụ cho việc sản xuất của địa phơng[13]. Vì vậy
mà nguồn nớc ở đây đã và đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các chất hữu cơ do quá
trình ngâm tre không đạt tiêu chuẩn về ao ngâm tre nứa gây nên. Tại các nơi
ngâm tre nứa thì nớc đều có màu đen, sủi bọt mạnh, nổi váng trắng trên bề mặt
ao hồ, kênh rạch đều có mùi thối đặc trng. Nớc ngâm này nếu đổ ra ngoài để
phục vụ cho nông nghiệp thì sẽ làm hỏng lúa, hoa màu, thực vật nuôi trồng, làm
mất cân bằng sinh thái. Mùi thối từ các ao hồ ngâm tre nứa này thì ảnh hởng tới
sức khỏe của ngời dân xung quanh, đặc biệt là nhữnng ngày nắng nóng.
Ngoài những nguyên nhân nh trên thì đa số các cơ sở sản xuất, kinh doanh
các mặt hàng thủ công mỹ nghệ ở đây có hệ thống máy móc còn cũ kỹ, lạc hậu
cha đáp ứng đợc yêu cầu về đảm bảo an toàn cho ngời lao động và gây ảnh hởng
rõ rệt tới môi trờng xung quanh và sức khoẻ con ngời nh: tiếng ồn của các động
cơ khi hoạt động có thể gây điếc tai, bụi từ các máy bào, máy đánh bóng đã
tạo ra một hàm lợng bụi tơng đối lớn có kích thớc rất nhỏ đã ảnh hởng trực tiếp
đến ngời làm việc đã tiếp xúc trong một thời gian khá dài. Vì vậy những ngời
này dễ bị mắc các chứng bệnh về đờng hô hấp. Đặc biệt là tại một số cơ sở đúc
đồng, sản xuất cơ khí, mạđã gây ô nhiễm nặng nề cho môi trờng do hàm lợng
kim loại nặng thải ra quá nhiều gây ô nhiễm môi trờng, ảnh hởng nghiêm trọng
tới hoạt động sản xuất nông nghiệp và ảnh hởng tới sức khoẻ của con ngời.

Hầu hết các kim loại nặng khi xâm nhập vào cơ thể ngời hay động thực vật,
chúng gây tác động không có lợi cho sự sống và phát triển bình thờng. Với hàm
lợng cao chúng có thể gây độc cấp tính và rất dễ đến tử vong nếu không đợc cứu
chữa kịp thời và tích cực. Một số tính chất đặc biệt nguy hiểm của một số kim
loại nặng là có khả năng tích luỹ sinh học cao và có tác động di truyền tới các
thế hệ sau nh: chì, thuỷ ngân, cacdimi, asen Những chất này gây ra nhiều
bệnh hiểm nghèo đặc biệt là ung th.[2]
Do tình trạng ô nhiễm môi trờng tại địa phơng đã trở thành một vấn đề bức
xúc, và cấp bách đáng quan tâm và cần có biện pháp xử lý phù hợp. Cho nên
huyện ý Yên đã đợc tỉnh Nam Định đồng ý cho quy hoạch và xây dựng các ao
ngâm tập trung và hỗ trợ xử lý nớc thải ngâm tre, ná bằng phơng pháp sinh học
nhằm giảm thiểu tác hại tới môi trờng và cải thiện môi trờng sống cho ngời dân
nơi đây.
1.2. Nớc ngâm tre nứa
1. 2. 1. Thành phần của tre, nứa
Thành phần của tre, nứa có chứa khá nhiều các hợp chất hữu cơ, trong đó
thành phần chính gồm: hidrat cacbon nh:xenluloza, hemixenlulozo, lignin.
Ngoài ra còn có một số thành phần khác nh: tanin, sáp, các muối vô cơ
1. 2. 1. 1. Xenluloza
Xenluloza là hợp chất cacbon chiếm tỷ lệ trọng lớn nhất (50%) trong tổng
số hydratcacbon tự nhiên và thành phần hữu cơ của rác, trong giấy gỗ thân cây,
cành cây, lá cây, rơm rạ, sợi đay, vải bông, v. v.
Về cấu trúc hoá học xenluloza là một polime mạch thẳng do các - D
glucopyranoza liên kết với nhau bằng liên kết 1, 4- glucozit. [1]
Xenluloza có cấu tạo sợi, các xenluloza thiên nhiên thờng chứa khoảng 10-
12 nghìn gốc glucopyranoza. Các sợi này liên kết lại thành từng bó nhỏ, gọi là
microfibrin. Nó có cấu trúc không đồng đều: có phần đặc và những phần xốp.
Xenluloza có cấu trúc rất bền vững. Không tan trong nớc, không bị tiêu
hoá trong đờng tiêu hoá của ngời và động vật. Trong dạ dày của động vật nhai
lại và trong đất có nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải đợc xenluloza.

1. 2. 1. 2. Hemixenluloza
Trong thành phần của hemixenluloza có nhiều loại đờng khác nhau, phân
tử của hemixenluloza nhỏ hơn rất nhiều. Thờng chúng chỉ có khoảng 150 gốc đ-
ờng.
1. 2. 1. 3. Lignin
Lignin là hợp chất cao phân tử đợc cấu thành từ ba loại ancol chủ yếu:
trans p - cumarylic, trans conferylic, và trans - xynapylic. Tuỳ từng loại
sinh vật, lignin có tỷ lệ thành phần này khác nhau. Trong lignin các đơn phân
này liên kết với nhau bằng các liên kết C C và C O. Trong đó các kiểu
liên kết aryl glyxerol, aryl aryl hoặc diaryl ete là phổ biến.
Lignin của cây gỗ là 80% conyferylic, 14% cuarylic và 6% conyfelic.
Trong thực vật lignin thờng tập trung ở các mô gỗ, có vai trò nh chất liên kết
các tế bào do đó làm tăng độ bền cơ học, tăng khả năng chống thấm, ngăn chặn
đợc các chất độc, các vi sinh vật gây bệnh cũng nh các tác dụng khác từ bên
ngoài. Lignin không hoà tan trong nớc, trong dung môi hữu cơ thông thờng
cũng nh các axit đậm đặc. Chỉ có tác dụng của kiềm natri bisunfit và axit
sunfuro thì lignin mới bị phân huỷ từng phần chuyển vào dung dịch.
Lignin rất bền với tác dụng của các enzim do đó lignin đợc tạo trong cây
nhng không tham gia vào quá trình trao đổi chất.
Lignin bị phân huỷ nhanh chủ yếu do các loại nấm. Việc lựa chọn các
chủng có khả năng phân huỷ lignin tơng đối khó khăn.
1. 2. 1. 4. Tinh bột
Tinh bột (C
6
H
12
O
6
)
n

là những hợp chất hydrat cacbon cao phân tử, có
nhiều trong ngũ cốc.
Tinh bột cấu tạo bởi hai thành phần chính là amyloza và amylopectin.
Trong tinh bột amyloza chiếm tỷ lệ khoảng 25% còn amylopectin khoảng 75%.
` Nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bộ vì chúng có hệ enzim
amylaza nh:
- amylaza: thuỷ phân liên kết 1, 4, trong tinh bột tạo thành dextrin phân
tử thấp và một lợng maltoza.
- amylaza: thuỷ phân liên kết 1, 4 trong tinh bột, tạo ra maltoza và một l-
ợng dextrin cao phân tử.
- amylaza: thuỷ phân mối liên kết 1, 4 trong tinh bột và tạo ra sản phẩm
cuối cùng là glucoza.
1. 2. 1. 5. Pectin
` Là hợp chất cao phân tử thuộc loại polygalactủonic. Phân bố rộng rãi
trong các loài thực vật.
Pectin là loại chất vô định hình. Có trọng lợng phân tử cao, không tan đợc
trong phần lớn các chất hữu cơ nhng tan đợc trong amoniac, kiềm, canxi
cacbonat, etylendiamin và trong glyxerin nóng.
Ngoài các hydratcacbon cao phân tử ra thì còn có các loại đờng: đờng đôi
nh sacaroza, maltoza và các loại đờng đơn nh glucoza, fructozaVi sinh vật dễ
dàng hấp thụ đợc các loại đờng và chuyển hoá các chuỗi phản ứng hóa học nhờ
vào quá trình phân giải này chất dinh dỡng nuôi cơ thể sống của vi sinh vật.
1. 2. 1. 6. Protein
` Protein là hợp chất cao phân tử chứa nitơ. Protein chiếm 15 17% nitơ
(tính theo trọng lợng khô). Protein là một thành phần quan trọng trong cơ thể
động, thực vật và vi sinh vật.
Tất cả protein đều đợc cấu tạo từ axit amin. Các axit amin đều đợc cấu
thành do quá trình trao đổi cacbon và nitơ. Việc tổng hợp các axit amin thông
qua nhiều phản ứng hoá học với sự xúc tác của các enzim khác nhau.
1. 2. 1. 7. Lipit

Lipit (các este phức tạp của glyxerin và axit béo và các chất sáp có nhiều
trong cơ thể sinh vật. So với các chất khác thì lipit thuỷ phân chậm hơn. Nhiều
vi sinh vật có khả năng phân giải lipit vì chúng tổng hợp lipaza.
Trong tre, nứa lợng lipit gần nh không có.
1. 2. 2. Mục đích và bản chất của quá trình ngâm tre nứa
Từ xa xa nhân dân ta đã biết ngâm tre nứa trong các ao hồ để làm nhà và
tạo ra các sản phẩm từ tre nứa để phục vụ cho đời sống của họ. Thời gian ngâm
một mẻ thờng là 3-4 tháng sau đó vớt lên phơi thật khô mới sử dụng. Quá trình
ngâm tre nứa này có vai trò rất lớn, nó quyết định trực tiếp tới chất lợng của sản
phẩm.
Mục đích chính của việc ngâm tre nứa là loại bỏ các chất không mong
muốn có trong thành phần của tre nứa và muốn giữ lại thành phần xenluloza.
Đây là yếu tố giúp cho tre nứa có độ dẻo dai, màu trắng do lợng lignin bị loại
bỏ, và tránh mối mọt trong quá trình sử dụng.
Trong quá trình ngâm tre, nứa dới tác dụng của nớc đã xảy ra hiện tợng u
trơng, làm các chất dinh dỡng hoà tan nh protein, pectin, tinh bột và các chất
hoà tan khác có trong thành phần tre, nứa đã khuếch tán vào trong môi trờng n-
ớc ngâm. Nếu nh ngâm với khối lợng tre, nứa lớn và liên tục trong một thời gian
dài với các chất hoà tan này ở nồng độ cao có trong môi trờng nớc ngâm đã gây
nên sự ô nhiễm. Nguyên nhân chính của sự ô nhiễm là do quá trình phân huỷ
các chất hoà tan khi khuếch tán vào trong nớc dới tác dụng của quá trình tự
phân và dới tác dụng phân huỷ của hệ vi sinh vật. Khi nồng độ các chất cao đã
hạn chế sự khuếch tán oxi không khí vào trong nớc do vậy quá trình phân huỷ
diễn ra trong điều kiện yếm khí sẽ tạo ra nhiều loại khí gây ra mùi rất khó chịu,
ảnh hởng rất nhiều đến sinh hoạt của ngời dân. Quá trình phân huỷ chất dinh d-
ỡng có trong nớc ngâm tre, nứa sẽ có sự tham gia của các nhóm vi sinh vật sau:
vi sinh vật phân huỷ lignin, phân huỷ pectin, phân huỷ protein, phân huỷ tinh
bột
1.3. Các loại vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ
1.3.1. Vi sinh vật phân huỷ lignin

Các vi sinh vật khác nhau phân huỷ lignin với mức độ khác nhau. Trong số
các vi sinh vật, nấm làm mục gỗ phân huỷ lignin mạnh nhất, đặc biệt là nấm
mùn trắng. Nấm mùn trắng chủ yếu phá huỷ gỗ lá rộng, song một phần gỗ lá
kim cũng bị tấn công. Đa số nấm mùn trắng phá huỷ gỗ bằng cách đồng thời
tấn công lên các cấu tử của gỗ nh : lignin, hemixenluloza, xenluloza nhng cũng
có những loài đặc hiệu phân huỷ lignin.
Nhiều loài vi khuẩn gram âm thuộc giống Pseudomonas, Xanthomontas,
Acinetobacter, Achromobacter, Agrobacterium, Aerobacter và Erwinia có khả
năng phân huỷ lignin. Song phần lớn hiểu biết hiện nay đều dựa trên các công
trình nghiên cứu về các giống Xanthomonas và Pseudomonas. Hình nh lignin
cao phân tử chỉ phân huỷ khi khối lợng phân tử nhỏ hơn 1000 Da.
Bảng 1.2. Nấm mùn nâu, nấm mùn mềm và vi khuẩn phân huỷ lignin
Nấm mùn nâu
Fomitopsis pinicola
Gleophyllum trabeum
Poria placenta
Lentinus lepideus
Pholiota adiposa
Spongiporus sinuosus
Tyromyces palustris
Xạ khuẩn
Arthrobacter sp.
Microbispora sp.
Nocardia sp.
Streptomyces badius
Streptomyces cyaneus
Streptomyces setonii
Streptomyces viridosporus
Thermomonospora mesophile
Nấm mùn mềm

Chaetomium globosum
Vi khuẩn khác
Acinetobacter sp.
Daldinia concentrica
Lecythophora hoffmannii
Petrillidium boydii
Pialophora mutabillis
Xanthomonas sp.
Pseudomonas sp.
Achromobacter sp.
Aerobacter sp.
Erwinia sp.
Các vi khuẩn phân huỷ lignin ít đợc chú ý hơn so với nấm. Đa số công
trình nghiên cứu liên quan tới các loài thuộc giống Pseudomonas và xạ khuẩn.
1. 3. 2. Vi sinh vật phân giải xenluloza [7]
Trong thiên nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ
xenluloza nhờ hệ enzym xenluloza ngoại bào. Trong đó vi nấm là nhóm có khả
năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trờng một lợng lớn enzym có đầy đủ các
thành phần. Nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza, đáng chú ý là
Tricoderma. Ngoài nhóm vi nấm ra thì còn có rất nhiều giống khác có khả năng
phân giải xenluloza nh: Aspergillus, Fusarium, MucorNhóm vi khuẩn hiếu khí
bao gồm Clostridium và là nhóm vi khuẩn trong dạ cỏ của động vật nhai lại.
Chính nhờ nhóm vi khuẩn này mà trâu bò có thể xenluloza trong rơm rạ làm
thức ăn. Đó là những cầu khuẩn thuộc chi Riminococcus có khả năng phân huỷ
xenluloza thành đờng và các axit hữu cơ.
1. 3. 3. Vi sinh vật phân giải protein
Dới tác dụng của các vi sinh vật hoại sinh, protein đợc phân giải thành các axit
amin. Các axit amin này lại đợc một số nhóm vi sinh vật phân giải thành NH3
hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amin hoá. Quá trình này gọi là sự khoáng hóa
chất hữu cơ vì qua đó, nitơ hữu cơ đợc chuyển thành dạng nitơ khoáng. Dạng

NH4+ sẽ đợc chuyển hoá thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitorat hoá.
Nhóm vi khuẩn nitorat hoá bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrosomonas,
Nitrozocystic, Nitrozolobus và Nitrosospira, chúng đều thuộc loại dị dỡng bắt
buộc.
1. 3. 4. Vi sinh vật phân giải tinh bột
Có nhiều loại vi khuẩn có khả năng phân huỷ tinh bột. Một số vi sinh vật
có khả năng tiết ra các loại enzym trong hệ enzym amylaza. Ví dụ nh một số vi
nấm bao gồm một số loại trong các chi Aspergillus, FusariumXạ khuẩn cũng
có một số chỉ có khả năng phân huỷ tinh bột. Đa số các vi sinh vật đều không
có khả năng tiết ra một hoặc vài men trong hệ đó, chúng chỉ có khả năng tiết ra
môi trờng.
1.3.5. Vi sinh vật phân huỷ pectin
Những vi khuẩn có khả năng gây bệnh ở thực vật chính là do chúng sinh ra
enzym làm tan các chất pectin (trong đó có nấm Botrytis cinerea, Fuarium
oxysporum, F.lycopersici). Nấm erwinia carotorava gây thối cà rốt có thể phá vỡ
mô ở hàng loạt thực vật, nh ở xà lách, cà rốt, rau cần tây, số lợng vi sinh vật
trong đất có khả năng phân huỷ pectin là vô cùng lớn (tới 105 tế bào trong 1
gam đất. Vi khuẩn có khả năng này thuộc loài vi khuẩn sinh bào tử nh Bacillus
macerans và B.polymyxa.
Vi sinh vật phân huỷ pectin đóng vai trò quan trọng trong chế biến đay gai.
Mục đích của quá trình là tách những bó sợi xenluloza ra khỏi các tổ chức thực
vật còn lại. Trong xử lý hiếu khí thì nấm đóng vai trò chủ yếu, còn ở điều kiện
ngâm kị khí chủ yếu là vi khuẩn. Trong số vi khuẩn ngời ta chú ý nhiều là
Clostridium pectinovorum và C.felsineum (vi khuẩn tạo thành axit butyric).
Các vi sinh vật đề cập tới trên đây đều có khả năng sinh ra enzym
pectinaza. Chế phẩm enzym này dùng trong công nghệ nớc quả thờng dùng là
môi trờng nuôi cấy nấm mốc có chứa chất pectin làm cơ chất cảm ứng. Sau khi
nuôi cấy (theo phơng pháp bề mặt) ngời ta đem sấy môi trờng và thu đợc chế
phẩm thô hoặc đem chiết rút để làm sạch enzym với nhiều mức độ tinh khiết
khác nhau. Các vùng trông đay trong vụ thu hoạch thờng ngâm đay để thu sợi.

Nớc ngâm đay có mầu sẫm và rất nặng mùi, gây ô nhiễm nặng môi trờng.
Trong tự nhiên các chất pectin bị vi sinh vật phân huỷ cùng các hợp chất
thành phần của thực vật (xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin) sẽ tạo thành
mùn.
2. 2. Thông số cơ bản đánh giá nớc bị ô nhiễm
Để đánh giá chất lợng nứơc cũng nh mức độ ô nhiễm của nớc nói chung thì
có rất nhiều các thông số. Tuy nhiên, mỗi loại nứơc với thành phần các chất có
trong đó mà ta chọn những thông số thích hợp nhất rồi so sánh với TCCP về
thành phần hoá học và sinh học đối với từng loại nớc sử dụng cho các mục đích
khác nhau. Với đề tài này thì các thông số cơ bản để đánh giá chất lợng nớc
ngâm tre nứa là: pH, độ đục, các chất rắn lơ lửng, oxy hòa tanĐặc biệt hai chỉ
số BOD và COD có ý nghĩa rất quan trọng. Chỉ số sinh học mà chúng ta cần lu
tâm là chỉ số vệ sinh.
Màu sắc
Nớc có thể có màu, đặc biệt là nớc thải thờng có màu nâu đen, đỏ hoặc đỏ
nâu. (th. phẩm). Màu sắc của nớc là do các chất bẩn trong nớc gây nên. Màu sắc
của nớc ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm khi sử dụng nớc có màu trong sản
xuất.
Màu của nớc là do:
+ Các chất hữu cơ và phần chết của thực vật gọi là màu thực vật, màu này
rất khó xử lý đợc bằng phơng pháp đơn giản. Ví dụ rong tảo làm nứơc có màu
xanh.
+ Các chất vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, màu này có thể xử lý. (tài
liệu)
Có nhiều phơng pháp xác định mầu của nớc, nhng thờng dùng ở đây là ph-
ơng pháp so mầu với các dung dịch chuẩn là Chlophantinat coban. Cuờng độ
màu của nứơc xác định theo phơng pháp so màu khi lọc bỏ các chất vẩn đục.
Mùi của nớc
Nớc tự nhiên sạch không mùi, nứơc thải và nớc ô nhiễm thờng có mùi khó
chìu từ nhẹ đến hôi thối.

Có thể xác định mùi của nớc theo phơng pháp đơn giản sau: mẫu nớc chứa
trong bình có nắp đậy kín, lắc trong khỏ 10 20 giây, sau đó mở nắp, ngửi mùi
và đánh giá: không mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng.
Độ pH
pH là logarit âm của nồng độ đã cân bằng ion H+, pH=-log[H+]. Là một
trong những chỉ tiêu xác định đối với nớc cấp và nứơc thải, chỉ số này cho biết
cần phải trung hoà hay không và tính lợng hóa chất cần thiết trong quá trình xử
lý đông tụ, khử khuẩn
Sự thay đổi pH làm thay đổi quá trình hoà tan hoặc đông tụ, làm tăng, giảm
tốc độ của phản ứng xảy ra trong nứơc.
Oxy hoà tan trong nớc DO(Dissoled oxygen)
Lợng oxy hoà tan trong nớc là rất thấp. Độ bão hoà của oxy trong nớc sạch
ở 0oC là khoảng 14-15 mg/l, thông thờng nớc ít bão hoà oxy mà chỉ có 70-80%
so với mức bão hoà. Đôi khi do sự quang hợp của thực vật làm cho lơng oxy
tăng lên rất nhiều.
Các hệ sinh thái dới nứơc trừ ban ngày có quá trình quang hợp xảy ra
mạnh, còn nói chung DO là nhân tố hạn chế và đôi khi gây nên hiện tợng thiếu
oxy làm chết các sinh vật dới nớc.
Trị số DO cho biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nứơc, ví dụ có nhiều chất
hữu cơ thì DO giảm. Bình thờng DO là 14-16%, nếu thấp hơn giá trị này thì nớc
bị ô nhiễm.
Oxy hoà tan trong nớc rất cần cho sinh vật hiếu khí. Mức oxy hoà tan trong
nớc sạch và nớc thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động
của giới thuỷ sinh, các hoạt động hoá sinh và xuất hiện hiện tợng thiếu oxy trầm
trọng. (T Phẩm)
Nhu cầu oxy sinh hóa-BOD (Biochemical Oxygen Demand)
BOD là nhu cầu oxy sinh hoá hay nhu cầu oxy sinh học, là lợng oxy cần
thiết để oxy hoá các chất hữu cơ dễ phân huỷ có trong nớc bằng VSV (chủ yếu
là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí.
Quá trình này đợc tóm tắt nh sau:

Chất hữu cơ +O2 CO2 +H2O
Qúa trình này đòi hỏi thời gian dài vì phải phụ thuộc vào bản chất của các
chất hữu cơ, vào chủng loại VSV, nhiệt độ nguồn nớc cũng nh một số chất có
độc tính ở trong nớc.
Chỉ tiêu BOD là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để xác định mức
ô nhiễm của nứơc. Nó chỉ biểu thị lợng chất hữu cơ có thể bị phân huỷ bởi VSV.
Trong thực tế ngời ta không thể xác định lợng oxy cần thiết để VSV oxy
hoá hoàn toàn chất hữu cơ có trong nớc, mà chỉ cần xác định lợng oxy cần thiết
khi ủ ở nhiệt độ 20oC trong 5 ngày ở phòng tối để tránh quá trình quang hợp,
khi đó có khoảng 70 - 80% nhu cầu oxy đợc sử dụng và kết quả đợc biểu thị là
BOD5 (5 ngày ủ).
Nhu cầu oxy hóa học-COD (Chemical Oxygen Demand)
COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hoá toàn bộ chất hữu cơ và các chất
khử có trong nứơc thành CO
2
và H
2
O.
Để xác định COD ngời ta thờng sử dụng một chất oxy hoá mạnh trong môi
trờng axit, chất thờng đợc dùng là K
2
Cr
2
O
7
. Khi đó xảy ra phản ứng:
Chất hữu cơ + K
2
Cr
2

O
7
+ H
+


42
SOAg
CO
2
+ H
2
O +2Cr
3+
+2K
+

Lợng Bicromat d đợc chuẩn bằng dung dịch muối Mohr-Fe(NH4)(SO4)2
Với chỉ thị là dung dịch Ferroin:
Cr
2
O7
7
2-
+ Fe
2+
+ H
+

Cr
3+
+ Fe
3+
+ H2 O
Chỉ thị chuyển từ màu xanh sang màu đỏ nâ
Hàm lợng các chất rắn
Các chất rắn có trong nớc là:
Các chất vô cơ là dạng các muối hoà tan hoặc không tan nh đất đá ở dạng
huyền phù lơ lửng.
Các chất hữu nh xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động vật
phù du, các chất hữu cơ tổng hợp nh phân bón, các chất thải công nghiệp.
Chất rắn ở trong nứơc gồm có:
Tổng chất rắn (TS) đợc xác định bằng trọng lợng khô phần còn lại sau khi
cho bay hơi 1L nớc trên bếp các thuỷ rồi sấy khô ở 1030 cho đến khi trọng lợng
không đổi. Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/l)
Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS). Hàm lợng các chất huyền phù là
trọng lợng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh.
Chất rắn hoà tan (DS). Hàm lợng chất chất rắn hoà tan chính là hiệu số của
tổng chất rắn với huyền phù: DS = TS SS. Đơn vị tính bằng g hoặn mg.
Chất rắn bay hơi (VS). Hàm lợng chất rắn bay hơi là trọng lợng mất đi khi
nung lợng chất rắn huyền phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian xác định.
Thời gian này phụ thuộc vào loại mẫu nớc (nớc cống, nứơc thải hoặc bùn). Đơn
vị tính là mg/l hoặc phần trăm(%) của SS hay TS.
Chất rắn có thể lắng. Chất rắn có thể lắng là số ml phần chất rắn của 1L
mẫu nớc đã lắng xuống đáy phễu sau một khoảng thời gian (thờng là một giờ).
Chỉ số vệ sinh (E. coli)
Nớc là một phơng tiện lan truyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnh
lây lan qua môi trờng nớc là nguyên nhân chính gây ra bệnh tật và tử vong, nhất
là ở các nớc đang phát triển. Các tác nhân gây bệnh thờng đợc bài tiết ra trong

phân của ngời bệnh, bao gồm các nhóm chính sau: các vi khuẩn, vi rút, động vật
đơn bào, giun kí sinh.
Chất lợng về mặt vi sinh của nớc thờng đợc biểu thị bằng nồng độ của vi
khuẩn không gây bệnh và nguyên tắc đó là nhóm trực khuẩn (colifom). Thông
số đợc sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số E. coli.
2. 3. Các giải pháp công nghệ xử lý nớc thải [1]
Có nhiều biện pháp xử lý nớc thải: xử lý hoá học, xử lý cơ - lý hóa, và
kết hợp các biện pháp sinh học và cơ - lý - hoá. Biện pháp sau cùng có nhiều u
việt và hiệu quả khá cao, nớc có thể tái sử dụng cho các mục đích khác nhau, kể
cả nứơc sinh hoạt, và trong thực tế thì các quy trình công nghệ xử lý đều kết hợp
các biện pháp với nhau, kể cả việc xử lý trong tự nhiên, nh lắng lọc kết hợp với
chứa nớc ở ao hồ thoáng khí hoặc kỵ khí.
Trong các phơng pháp trên thì phơng pháp xử lý sinh học đợc sử dụng
nhiều với hiệu quả cao, đặc biệt là đối với nớc thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị
phân huỷ, nhng không mang hiệu quả đối với nớc thải công nghiệp có chứa các
chất vô cơ độc hại (kim loại nặng, axit, kiềm) hoặc các chất hữu cơ bền vững
(các clobenzen, phenol) và ít hiệu quả đối với một số loại vi khuẩn gây bệnh.
Trong các trờng hợp này phải kết hợp phơng pháp xử lý sinh học với các phơng
pháp xử lý cơ - lý hoá.
Nh vậy, từ thực tế cho ta thấy nớc ngâm tre, nứa chứa hàm lợng chất hữu cơ
có khả năng đợc phân huỷ nhờ hệ vi sinh vật có trong nớc là rất cao. Cho nên để
xử lý nớc thải do ngâm tre, nứa sử dụng phơng pháp xử lý sinh học là thích hợp
nhất.
2. 3. 1. Phơng pháp cơ - lý hoá học
Có năm phơng pháp cơ - lý- hoá học thờng đợc dùng trong xử lý nớc thải
là:
- Phơng pháp lắng và keo tụ: loại bỏ các chất rắn và các chất lơ lửng.
- Phơng pháp hấp phụ.
- Phơng pháp trung hoà axit hoặc kiềm.
- Phơng pháp tách chiết.

- Phơng pháp diệt khuẩn.
2.4. Các phơng pháp xử lý sinh học
Phơng pháp này dựa trên cơ sở sử dụng họat động của các vi sinh vật để
phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nớc thải.
Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn
dinh dỡng và tạo năng lợng. Trong qúa trình phát triển, chúng nhận các chất
dinh dỡng để xây dựng tế bào, sinh trởng và sinh sản nên sinh khối của chúng
đợc tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình
oxy hoá sinh hoá. [6],[8]
Nớc thải có thể xử lý bằng phơng pháp sinh học sẽ đợc đặc trng bởi chỉ tiêu
COD hoăc BOD. Để có thể xử lý bằng phơng pháp này, nớc thải cần không chứa
các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng
không đợc vợt qúa nồng độ cực đại cho phép, đồng thời thoả mãn: BOD/COD
0.5.
2.4.1. Nguyên lý chung của quá trình xử lý
Để thực hiện quá trình oxy sinh hóa, các chất hữu cơ hoà tan, cả các chất
keo và phân tán nhỏ trong nớc thải cần đợc di chuyển vào bên trong tế bào của
vi sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nớc thải hay nói đúng
hơn là việc thu hồi các chất bẩn từ nớc thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chất
bẩn đó là một quá trình bao gồm ba giai đoạn:
Di chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do
khuếch tán đối lu và phân tử;
Di chuyển chất từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự
chênh lệch nồng độ các chất trong và ngoài tế bào;
Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh
năng lợng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng l-
ợng.
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển
hoá các chất đóng vai trò chính trong qúa trình xử lý nớc thải.
Các hợp chất hoá học trải qua nhiều phản ứng chuyển hoá khác nhau trong

nguyên sinh chất của tế bào.
2.4.2. Phân loại phơng pháp sinh học
Có thể phân loại các phơng pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau, có
thể chia thành 2 loại chính:
- Phơng pháp hiếu khí là phơng pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật
hiếu khí để đảm bảo hoạt động sống của chúng, cần cung cấp oxy liên tục và
duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 ữ 400C.
- Phơng pháp yếm khí là phơng pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí.
Phơng trình tổng quát của quá trình Oxy hóa sinh hoá ở điều kiện hiếu
khí:
HNHOH
2
3y
xCOO
4
3
3
z
4
y
xCxHyOzN
322
VSV
2
++

+

++++
(1)
HCONOHCONHCxHyOzN
2275
VSV
23
++++
(2)
Trong đó:
CxHyOzN, là tất cả các hợp chất hữu cơ của nớc thải; C5H7NO2, công
thức các nguyên tố chính trong tế bào sinh vật; phản ứng (1) là phản ứng oxy
hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lợng của tế bào, còn phản ứng (2)
là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào.
Lợng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nớc thải. Nếu
tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá không đủ chất dinh dỡng, quá trình chuyển
hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hoá chất liệu tế bào (tự oxy
hoá):
2.5. Các phơng pháp xử lý nớc ngâm tre nứa
Do nớc ngâm tre, nứa có hàm lợng chất hữu cơ cao, dễ phân huỷ việc xử
lý bằng các biện pháp sinh học sẽ đem lại hiệu cao, không gây tác hại dến môi
trờng và chất lợng tre, nứa sau khi ngâm. Có thể sử dụng theo các cách sau.
2.5.1. Xử lý trong các bể aeroten [8]
Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trởng ở trạng thái huyền
phù. Quá trình làm sạch trong bể aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của
hỗn hợp của nớc thải và bùn hoạt tính đợc sục khí. Việc sục khí ở đây nhằm
đảm bảo các yêu cầu của quá trình; làm nớc đợc bão hoà oxy và duy trì bùn
hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.

- Tốc độ sử dụng oxy hoà tan phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tỷ số giữa lợng chất dinh dỡng và số vi sinh vật (F/M);
- Nhiệt độ;
- Tốc độ sinh trởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật;
- Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;
- Lợng các chất cấu tạo tế bào;
- Hàm lợng oxy hoà tan;
Phân loại bể aeroten: Có nhiều cách phân loại các aeroten:
- Dựa vào chế độ thuỷ động lực ta có: aeroten đẩy; aeroten khuấy trộn, aeroten
trung gian;
- Theo phơng pháp tái sinh bùn hoạt tính ngời ta chia thành: loại có tái sinh
tách riêng và loại không có tái sinh tách riêng;
- Theo tải lợng bùn ngời ta chia thành: loại tải cao trọng, tải trọng trung bình
và tải trọng thấp;
- Theo số bậc ta có: một bậc, hai bậc, nhiều bậc;
- Theo chiều dẫn nớc thải vào ta có xuôi chiều và ngợc chiều
2.5.2. Lọc sinh học
1. Vật liệu lọc
Hiện nay, ngời ta sử dụng khá nhiều vật liệu lọc khác nhau để xử lý nớc
thải, khí thải bằng phơng pháp lọc sinh học. Các vật liệu hay dùng là đá, sỏi,
nhựa, Với mỗi loại vật liệu thì lại thích hợp cho từng loại nớc thải hay khí
thải. Đó cũng là một trong những nhân tố quyết định tới lại hiệu suất xử lý.
Chính vì vậy mà khâu lựa chọn vật liệu lọc là rất quan trọng trong quá trình xử
lý.
Vật liệu lọc để xử lý nớc ngâm tre, nứa trong khoá luận này đợc lựa chọn là
sỏi nhẹ.
Sỏi nhẹ keramzit [16]
Sỏi nhẹ keramzit là vật liệu xây dựng nhân tạo đợc sản xuất từ các loại
khoáng sét dễ chảy bằng phơng pháp nung phồng nhanh. Chúng có cấu tạo tổ
ong với lỗ rỗng nhỏ và kín. Xơng và vỏ của sỏi keramzit rất vững chắc.

Sỏi nhẹ keramzit sản xuất theo quy trình công nghệ và thiết bị hiện đại có
chất lợng cao, đáp ứng tốt các yêu cầu cho một số hạng mục xây dựng trong
những công trình nhà cao tầng, hoặc nhà trên nền đất yếu. Vật liệu karamzit đợc
sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng của thế giới.
Bên cạnh những tác dụng của sỏi nhẹ nh trên thì nó còn là vật liệu lọc
trong quá trình xử lý nớc thải bằng lọc sinh học rất tốt.
Thông số kỹ thuật cơ bản của sỏi keramzit
- Mật độ khối lợng/thể tích (kg/m
3
). Nhẹ hơn rất nhiều so với đá để làm bê
tông. Ngời ta chia ra thành các mác căn cứ theo mật độ khối lợng/thể tích.
Dới đây là một số mác thông dụng:
Mác P25 P35 P50 P75 P100 125P P150
M độ,
kg/m
3
250 300 350 400 500 600 700
- Kích thớc (mm) chia làm ba loại: 5-10; 10-20 và 20-40.
- Hệ số dẫn nhiệt thấp 0,05-0,2 W/m.độ C.
- Tuổi thọ cao, bền với môi trờng, bền với lửa. Độ chịu lửa trung bình thờng
1100 1250
0
C.
- Độ hút ẩm thấp, dới 2%.
- Thuộc loại gốm nhẹ, rất sạch với môi trờng sinh thái.
2. Nguyên tắc hoạt động
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật
sinh trởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc (môi trờng lọc). Th-
ờng nớc thải đi từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá hoặc các vật liệu
khác, vì vậy ngời ta con gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ giọt (trickling filter).

Tuy nhiên, gọi nh vậy không thật chính xác vì đây thực chất là một quá trình
chiết sinh học hơn là một quá trình lọc. Với sự phát triển của vật liệu làm môi
trờng lọc, các vật liệu tổng hợp thay thế cho vật liệu lọc bằng đá thì thuật ngữ
tháp sinh học đợc dùng rộng rãi hơn và tháp thờng cao tới 6m chứ không phải là
1,8m nh bể lọc với vật liệu là đá.
Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp đợc nạp vào
hệ thống cùng với nớc thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hai
lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó quá trình lọc
sinh học thờng đợc xem là quá trình hiếu khí nhng thực chất là hệ thống vi sinh
vật hiếu yếm khí.
Hiếu
khí
Yếm DO Không khí
khí
Môi trờng sản phẩm Dòng nớc thải
lọc cuối

Lớp sinh hoc Màng chất lỏng
Hình 2: Các quá trình trong bể lọc sinh học
Khi dòng nớc thải chảy trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ đợc vi
sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO
2
) sẽ đợc thải ra
qua màng chất lỏng. Oxy hoà tan đợc bổ sung bằng hấp thụ từ không khí.
Theo chiều sâu từ mặt xuống đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong nớc
thải giảm dần và tại một vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói thức ăn.
Thờng BOD đợc chiết ra chủ yếu ở 1,8m phần trên của lớp đệm. Phần sinh khối
của vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nứơc ra ngoài bể lọc.
Nớc thải đợc phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinh
học, phủ trên các đệm. Quá trình oxy hoá xảy ra nh cơ chế nói trên. Sinh khối vi

sinh vật tách ra khỏi nớc trong thiết bị lắng thứ cấp.
Lọc sinh học đợc ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơ
phân huỷ sinh học trong nớc thải và có thể đạt chất lợng dòng ra với nồng độ
BOD tới 15 mg/l.
3. Ưu và khuyết điểm của lọc sinh học
Ưu điểm
- u điểm chính là giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hoá chất;
- Thiết kế linh động cho nên dễ thích nghi với mọi loại hình công nghiệp
và diện tích của xí nghiệp;
- Hệ thống lọc sinh học linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất
hữu cơ bay hơi và các chất độc hại. Hiệu suất xử lý hơn 90% đối với các
khí thải có nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm;
- Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật và điều kiện vận hành khác nhau
có thể áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý.
Khuyết điểm
- Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý đựơc các chất ô nhiễm có khả
năng hấp phụ tốt và tốc độ phân huỷ sinh học chậm, ví dụ nh các hợp
chất hữu cơ bay hơi có chứa clor.
- Các nguồn có nồng độ hoá chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lớn
để lắp đặt hệ thống lọc sinh học
- Thời gian để vi sinh vật thích nghi với môi trờng và tạo màng sinh học
(biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là các chất
hữu cơ bay hơi.
Chơng 2: vật liệu và phơng pháp nghiên cứu
2.1.Đối tợng nghiên cứu
Vật liệu lọc là sỏi nhẹ sử dụng trong phơng pháp lọc sinh học.
Hình 2. ảnh sỏi nhẹ Keramzit
Các chủng vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ có
trong nớc ngâm tre, nứa.
2.2.Thiết bị và hoá chất

2.2.1. Thiết bị
1 Tủ ấm Trung Quốc
2 Máy lắc Việt Nam
3 Tủ cấy vô trùng Việt Nam
4 Nồi hấp thanh trùng Trung Quốc
5 Cân phân tích Toledo Anh Quốc
6 Tủ lạnh Nhật Bản
7 Máy đo pH Thụy Điển
8 Kính hiển vi quang học Nhật
9 Tủ khử trùng khô Trung Quốc
Và các dụng cụ cần thiết khác
2.2.2. Hoá chất
- Cao thịt - Glucose
- Thạch - Tinh bột tan
- CMC - Casein
- Pepton - KI
- NaCl - Đậu tơng
- NPK - Bột giấy
và một số hoá chất cần thiết khác
1. Các dụng cụ xác định DO [5]
Dung dịch đệm phốt phất: Hòa tan 8,5 g KHPO
4
+ 21,75 g K
2
HPO
4
+ 33,4
g Na
2
HPO

4
.7H
2
O + 1,7 g NH
4
Cl trong 500 ml nớc cất rồi định mức đến 1 lít.
Dung dịch MgSO
4
: Hoà tan 22,5, g MgSO
4
.7H
2
O trong 200 ml nớc cất rồi
định mức đến 1 lít.
Dung dịch CaCl
2
: Hoà tan FeCl
3
: Hoà tan 0,25 FeCl
3
.6H
2
O trong 200 ml n-
ớc cất rồi định mức đến 1 lít.
Dung dịch MnSO
4
: Hoà tan 480 g MnSO
4
.4H
2

O trong 200 ml nớc cất rồi
định mức dến 1 lít.
Dung dịch I
-
trong kiềm: Hoà tan 700 g KOH và 150 g trong KI tromg 1lít
nớc cất. Thêm vào dung dịch này 10 g NaN
3
đã hoà tan trong 40 ml nớc cất.
Dung dịch hồ tinh bột 1%: Hoà tan 1 g tinh bột trong 100 ml nớc cất mới
sôi, để nguội đến nhệt độ phòng, thêm vào đó vài giọt formamdehyt để bảo
quản.
2. Các dung dịch xác định COD
K
2
Cr
2
O
7
0,25N: Hoà tan 12,259 g K
2
Cr
2
O
7
đã sấy khô 2 giờ ở 103
0
C trong
nớc cất và thêm nớc đến 1 lít.
Dung dịch muối Mohr 0,1N: Hoà tan 39 g Fe(NH
4

)
2
(SO4)
2
.6H
2
O tinh khiết
trong 200 ml nớc cất. Thêm 20 ml H
2
SO
4
đặc, để nguội rồi định mức đến 1 lít
bằng nứoc cất.
Dung dịch H
2
SO đặc có thêm 22 g Ag
2
SO
4
cho một chai 9 lít.
Ag
2
SO
4
tinh khiết.
H
2
SO
4
, 98%tinh khiết.

Chỉ thị Ferroin: Hoà tan 1,735 g 1,10 phenamthrolinđihiđrat cùng với
695 mg FeSO
4
.7H
2
O trong nớc và thêm nớc đến 100 ml.
2.3. Môi trờng nuôi cấy vi sinh vật
Các môi trờng sử dụng trong nghiên cứu đều đựoc khử trùng ở 0.8 1 at,
ở nhiệt độ 110
o
C trong 30 phút và ở môi trờng có pH = 6,8 -7,2.
Các môi trờng dới đây là môi trờng cho vi sinh vật hiếu khí. Do điều kiện
thực tế là thời gian có hạn, và đề tài này sử dụng phơng pháp lọc sinh học hiếu
khí, cho nên ta chỉ xem xét về các môi trờng cho các VSV hiếu khí mà thôi.
1. Môi trờng MPA để phân lập vi sinh vật tổng số hiếu khí (g/l)
1. NaCl 5
2. Pepton 10
3. Cao thịt 2
4. Aga (thạch) 20
5. Nớc 1 lít
2. Môi trờng thử hoạt tính amylaza (g/l) (môi trờng phân lập VSV phân
huỷ tinh bột)
1. Tinh bột 2
2. Cao thịt 1
3. NaCl 5
4. Aga 20
5. Nớc 1 lít
2. Môi trờng thử hoạt tính proteaza (g/l )
1. Casein 2
2. FeSO

4
0.01
3. KCl 0.5
4. K
2
HPO
4
1.5
5. MgSO
4
0.5
6. Nớc 1 lít
7. pH = 7.0
8. Aga 20
3. Môi trờng CMC để phân lập VSVphân huỷ xenluloza (g/l)
1. CMC 2
2. Cao thịt 1
3. NaCl 5
4. Aga 20
4. Môi trờng thử nguồn Pectin (g/l)
1. Pectin 2
2. Cao thịt 1
3. NaCl 5
4. Aga 20
6. Môi trờng nhân giống phòng thí nghiệm (g/l)
1. CMC 1
2. Casein 1
3. Tinh bột tan 1
4. NaCl 2
7. Môi trờng lên men (g/l)

1. Bột giấy 1
2. NPK 1
3. Đậu tơng 5
4. MgSO
4
.7H
2
O 0.3
5. NaCl 3
8. Môi trờng nhân giống phòng thí nghiệm (g/l)
1. CMC 1
2. Casein 1
3. Tinh bột tan 1
4. NaCl 2
9. Môi trờng lên men 2 (g/l)
1. NPK 3
2. Đậun tơng 5
3. MgSO
4
.7H
2
O 0,3
4. NaCL 3
2.4. Các phơng pháp sử dụng trong quá trình nghiên cứu
2.4.1. Phơng pháp lấy mẫu
Các loại nớc, đặc biệt là nớc thải, thơng bị biến đổi ở những mức độ khác
nhau do các tác động lý, hoá và sinh vật học xảy ra trong thời gian lấy mẫu đến
khi phân tích. Bản chất và tốc độ của những tác động này thờng có thể làm cho
nồng độ các chất cần xác định sau khác với lúc mới lấy mẫu nếu nh không có
các chú trọng cần thiết khi vận chuyển mẫu và lu giữ mẫu ở phòng thí nghiệm

trớc khi phân tích.
Trớc khi lấy mẫu, bình chứa mẫu cần phải rửa sạch, sau đó tráng sạch bằng
nớc cất, cuối cùng thanh trùng bằng cồn.
Mẫu đợc lấy theo phơng pháp điểm và lấy ở vị trí tầng mặt và đáy ao.
Các mẫu nếu không đợc phân tích ngay thì cho vào tủ lạnh bảo quản ở
khoảng 4
0
C, hoặc dùng hoá chất bảo quản, phải tuân theo TCVN về lấy mẫu.
2.4.2. Phơng pháp pha loãng tới hạndùng để xác định số lợng vi sinh vật
Pha loãng mẫu:
Hút 0.5 ml mẫu cho vào ống nghiệm có chứa sẵn 4.5 ml nớc cất, ta đợc độ
pha loãng 10
-1
. Sau đó hút 0.5 ml dịch pha loãng trên cho vào 4.5 ml nớc cất đợc
độ pha loãng 10
-2
. Tiếp tục pha loãng dần cho đến nồng độ cần thiết.
Phơng pháp xác định vi sinh vật hiếu khí tổng số:
Lấy 0,1 ml dịch pha loãng ở nồng độ cần thiết, nhỏ vào chính giữa các đĩa
môi trờng MPA. Dùng que gạt trang đều đĩa thạch cho đến khi khô mặt thạch.
Các đĩa thạch khi đã gạt khô cho vào tủ ấm ở nhiệt độ là 37
0
C. Sau 1 2 ngày
thì lấy đĩa và đếm số lợng khuẩn lạc.
N =
mdnnn
C
n
n
10 10.(

)1(1
21

+++

Công thức tính số lợng CFU/ ml:
Trong đó:
CFU: đơn vị hình thành khuẩn lạc
N : số lợng CFU / ml
C : tổng số khuẩn lạc đếm đợc trên tất cả các đĩa
n
1
: số khuẩn lạc trong đĩa Petri ở tỉ lệ pha loãng lần 1
n
2
: số khuẩn lạc trong đĩa Petri ở tỉ lệ pha loãng lần 2
n
n
: số khuẩn lạc trong đĩa Petri ở tỉ lệ pha loãng lần n
d : tỉ lệ pha loãng lần 1
m: tỉ lệ pha loãng ban đầu
Phơng pháp phân lập
Sau vài ngày ủ ở điều kiện thích hợp, trên đĩa thạch xuất hiện nhiều dạng
khuẩn lạc. Dùng que cấy vô trùng lấy một ít tế bào tử khuẩn lạc mọc tách biệt
với các khuẩn lạc khác.
Chọn các khuẩn lạc to và mọc riêng rẽ đợc mô tả trớc khi tách và giữ
giống. Các khuẩn lạc không sạch thì phải làm sạch bằng phơng pháp cấy ria
nhiều lần. Sau đó các chủng sạch đợc cấy truyền vào thạch nghiêng để giữ
giống. Môi trờng thạch này thờng là MPA đã đợc khử trùng. Bảo quản ống này
trong tủ lạnh 4 10

0
C.
Phơng pháp nhuộm Gram
Nguyên tắc: Sự bắt màu nhuộm của tế bào vi sinh vật là một quá trình hấp
thụ, khả năng bắt màu của tế bào vi sinh vật có liên quan đến muối Magie của
axit ribonucleic. Khi nhuộm phức tạp, muối này có phản ứng với thuốc thử loại
triphenylmetan (gelatinviolet cryatan violet hoặc metylviolet) chịu đợc tác dụng
của cồn. Nghĩa là không mất màu dới tác dụng của cồn, những vi sinh vật nh
vậy gọi là vi khuẩn Gram (+), ngợc lại những vi sinh vật không giữ đợc màu khi
xử lý gọi là Gram (-) [3]
Cách tiến hành nhuộm
-
Làm tiêu bản vi sinh vật.
-
Cố định vết bôi.