cải tiến thiết bị lọc sinh học

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
1
Lời cảm ơn
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Đỗ
Hùng đ luôn luôn quan tâm giúp đỡ và hớng dẫn tôi hết
sức tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn tốt
nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong
khoa Công nghệ sinh học và Môi Trờng, Trờng Đại Học
Phơng Đông đ tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức
cho tôi trong suốt thời gian học tập tại đây.
Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ
phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Môi Trờng Viện
Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đ hớng dẫn, tạo điều
kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thực nghiệm.
Cuối cùng, tôi xin chân thành đợc gửi lời cảm ơn sâu
sắc tới gia đình, ngời thân và bạn bè đ động viên khích lệ,
giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, tháng 5 năm 2009
Sinh viên
Nguyễn Thị Phơng




Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
2
Danh mục hình
Hình 1.1 - Đờng cong clo hoá tới điểm đột biến đối với nớc có amoni ............ 12

Hình 1.2 - Một số quy trình công nghệ xử lý nito trong nớc thải ................. 16
Hình 1.3 - Quá trình khử nitrat trên màng tế bào chất của vi khuẩn ............. 18
Hình 1.4- ảnh hởng của pH tới vi khuẩn nitrat hoá .............................. 20
Hình 2.1 - Than tre đợc cacbon hóa ............................................................... 29
Hình 2.2 - Sơ đồ thí nghiệm xử lý amoni ....................................................... 31
Hình 2.3 - Hệ lọc sinh học ngập nớc có thể cấp khí tự động theo chu kỳ ..... 31
Hình 3.1- Hiệu quả suất xử lý COD ở các chế độ sục khí khác nhau ............ 33
Hình 3.2 - Hiệu suất xử lý T N ở các chế độ sục khí khác nhau ............... 34
Hình 3.3 - Hiệu suất xử lý NH
4
ở các chế độ sục khí khác nhau .................. 35
Hình 3.4 - Hiệu suất xử lý COD ở các thời gian lu (lu lợng) khác nhau . 36
Hình 3.5 - Hiệu suất xử lý T N ở thời gian lu (lu lợng) khác nhau ....... 37

Danh mục bảng

Bảng 1.1 - Chất lợng nớc tại một số huyện thuộc tỉnh Hà Nam .............................. 6
Bảng 1.2 - Hàm lợng NH
4
+
tại đầu ra của các nhà máy nớc ở Hà Nội .................... 7
Bảng 1.3 - Tiêu chuẩn một số quốc gia về các hợp chất nitơ trong nớc cấp .................. 11
Bảng 1.4 - Các chất hữu cơ và nồng độ gây ức chế vi khuẩn nitrat hoá ................. 20
Bảng 1.5 - Nồng độ NH
4
+
và NO
2
-
gây ức chế nitrobacter ..................................... 22

Bảng 2.1 - Thông số kỹ thuật của mô hình thí nghiệm ........................................... 30






Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
3

Mở đầu
Trên thế giới cũng nh ở Việt Nam việc nghiên cứu ra các phơng pháp để
xử lý nớc có các thành phần ô nhiễm đang rất đợc quan tâm. Kết quả của việc
nghiên cứu đó là đã phát hiện ra rất nhiều phơng pháp sinh học, hóa học và hóa
lý. Một trong những phơng pháp sinh học đang rất đợc quan tâm là phơng
pháp lọc sinh học (biofiltration). Đây là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm
mới. Nó bao gồm sự loại bỏ và oxi hóa những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi
sinh vật. Trớc đây, lọc sinh học đợc thiết lập rất tốt trong công nghệ điều
khiển ô nhiễm ở Đức và Hà Lan và nó cũng thu hút đợc sự quan tâm ở Bắc Mỹ
nhng ngày nay thì phơng pháp này đã đợc áp dụng một cách rộng rãi ở các
nớc trên thế giới và ở Việt Nam. Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí
hữu cơ, những hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compound- VOC's)
hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ, amoni, H
2
S.

Nh
chúng ta đã biết hiện nay, nớc thải giàu dinh dỡng là một trong những nguồn
chủ yếu gây ô nhiễm môi trờng và làm suy giảm chất lợng nguồn nớc. Nguồn

nớc thải giàu dinh dỡng rất đa dạng và phức tạp: nớc thải từ các chuồng trại,
chăn nuôi, lò mổ, nhà máy chế biến thực phẩm, thuộc da, nớc thải nông nghiệp,
nớc thải sinh hoạt, Nhìn chung trong thành phần của những loại nớc thải
này thờng chứa N, P với hàm lợng cao. Nguồn nớc thải này không qua xử lý
đợc xả trực tiếp vào các thủy vực gây ra các hiện tợng: phú dỡng, làm giảm
oxy hòa tan trong nớc, phá hủy hệ động, thực vật thủy sinh của các thủy vực
tiếp nhận, gây mùi hôi thối ảnh hởng đến cảnh quan, môi trờng, sức khỏe của
con ngời và thậm chí có thể làm chết các loài động vật sống dới nớc. Bình
thờng thực vật trong các thủy vực phát triển cân bằng với lợng động vật trong
chuỗi thức ăn và bị giới hạn bởi hàm lợng các chất dinh dỡng. Tuy nhiên, nếu
đa vào nguồn tiếp nhận quá nhiều chất dinh dỡng N, P sẽ dẫn đến sự phát triển
bùng nổ các loài thực vật thủy sinh nh rong, tảo và các loại thực vật trôi nổi
khác. Khi các sinh vật này chết đi sẽ gây ra các hiện tợng nh dòng sông chết
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
4
do đó khó có thể kiểm soát đợc và dẫn đến làm suy giảm chất lợng nguồn
nớc và gây nên ô nhiễm cho môi trờng.
Lựa chọn phơng pháp lọc sinh học để xử lý loại nớc thải này là rất phù
hợp tuy nhiên tại Việt Nam, các công nghệ xử lý nớc thải còn cha đợc quan
tâm, do nhiều lý do nh công nghệ phức tạp, chi phí cao, Xuất phát từ lý do
trên chúng tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý
của thiết bị lọc sinh học ngập nớc ứng dụng trong xử lý nớc thải.
Mục tiêu của đề tài: Cải tiến thiết bị lọc sinh học nhằm đơn giản hóa qui
trình và nâng cao hiệu quả xử lý.
Bố cục của luận văn đợc chia thành các phần nh sau:
Mở đầu
Chơng I: Tổng quan tài liệu
Chơng II: Vật liệu và phơng pháp nghiên cứu
Chơng III: Kết quả và thảo luận

Chơng IV: Kết luận và Kiến nghị.















Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
5
CHƯƠNG I TổNG QUAN
1.1. Hiện trạng áp dụng phơng pháp lọc sinh học ngập nớc để xử lý
nớc thải
Phơng pháp lọc sinh học lần đầu tiên đợc áp dụng ở Mỹ năm 1891 và ở
Anh năm 1893. Ngày nay phơng pháp này đã đợc phát triển và có thể chia
thành hai loại: Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nớc và lọc sinh
học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nớc. Đối với mỗi phơng pháp thích hợp
để xử lý từng loại nớc thải có đặc tính khác nhau. Phơng pháp lọc sinh học với
vật liệu tiếp xúc không ngập nớc có u điểm là tiêu hao năng lợng thấp, tuy
nhiên nó cũng có một số nhợc điểm nh: dễ bị tắc nghẽn, bùn d không ổn
định, hiệu suất làm sạch không cao, giá thành thiết bị cao,vì thế phơng pháp

này chỉ phù hợp với một số đối tợng nớc thải nhất định nh nớc thải có hàm
lợng BOD, SS, nito thấp. Đối với lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nớc
áp dụng cho việc xử lý nớc thải có chứa đồng thời chất hữu cơ và N, P, loại bỏ
đợc chất rắn huyền phù. Phơng pháp lọc sinh học ngập nớc cũng rất thích
hợp để nitrat hóa và khử nitrat. Có rất nhiều phơng pháp đợc ứng dụng để xử
lý nớc thải nói chung và nớc thải chứa các thành phần dinh dỡng nói riêng
nhng không phải phơng pháp nào cũng mang lại hiệu quả cao, vận hành đơn
giản và tiết kiệm chi phí. Trên thực tế, có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý các
thành phần dinh dỡng bằng phơng pháp sinh học hiếu khí thiếu khí khác
nhau. Công nghệ xử lý Nito trong nớc thải bằng phơng pháp sinh học đã đợc
nghiên cứu và đa vào ứng dụng thực tế từ những năm 1960. Trên thực tế, có rất
nhiều quy trình công nghệ xử lý Nito bằng phơng pháp sinh học khác nhau.
Chúng giống nhau ở nguyên lý là thực hiện các quá trình nitrat
hóa và khử nitrat
hóa nhng khác nhau ở cách sắp xếp trình tự các quá trình sơ đồ xử lý và nguồn
cacbon sử dụng. Các quá trình này có thể là các quá trình sinh trởng lơ lửng,
sinh trởng bám dính hay sinh trờng lơ lửng bám dính kết hợp. Một số quy
trình cơ bản thờng đợc ứng dụng để xử lý nớc thải chứa các thành phần dinh
dỡng nh sau:
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
6

Đối với quy trình (1) và (2) quá trình vận hành phức tạp, chi phí đầu t
lớn. Quy trình (3) do quá trình làm việc theo mẻ nên vận hành và kiểm soát phức
tạp, thể tích thiết bị lớn.
Các kết quả nghiên cứu trong đề tài cấp cơ sở chọn lọc năm 2006 của
Viện Công Nghệ Môi Trờng cho thấy phơng pháp lọc sinh học ngập nớc có
hiệu quả xử lý hữu cơ và Nitơ cao. Tuy nhiên quá trình đợc tiến hành theo các
bớc thiếu khí hiếu khí độc lập truyền thống nên quá trình vẫn còn phức tạp.
Việc nghiên cứu để cải tiến thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả xử lý, đơn giản hóa
quá trình, gọn nhẹ hóa thiết bị là rất cần thiết.
Nghiên cứu này nhằm xây dựng loại thiết bị lọc sinh học ngập nớc cải
tiến có thể xử lý đồng thời hữu cơ, nitơ và photpho một cách liên tục trong cùng
một thiết bị duy nhất với quá trình thổi khí đợc thực hiện theo chu kỳ.
1.2. Hiện trạng ô nhiễm nớc thải giàu dinh dỡng ở Việt Nam.
Từ năm 1990 các đô thị Việt Nam bắt đầu phát triển, lúc đầu cả nớc mới
có khoảng 500 đô thị (tỷ lệ đô thị hóa vào khoảng 17 18%), đến năm 2000 con
Yếm khí Thiếu khí
Nớc chứa NO
3
-
Nớc thải
Hiếu khí
(2)
(3)

Thiết bị xử lý theo mẻ qua các giai đoạn sục
khí/không sục khí luân phiên

Nớc thải
Yếm khí Hiếu khí Thiếu khí
Cơ chất hữu cơ
Nớc thải
Hiếu khí
(1)
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
7
số này lớn 649 và năm 2003 là 656 đô thị. Tính đến nay,cả nớc có khoảng 700
đô thị, trong đó có 5 thành phố trực thuộc trung ơng, 44 thành phố trực thuộc
tỉnh, 45 thị xã và trên 500 thị trấn. Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển của các
đô thị thì ngành công nghiệp và gia tăng dân số đang là sức ép đối với vấn đề
môi trờng tại nớc ta. Hiện nay, mức độ ô nhiễm nớc ao, hồ và toàn bộ hệ
thống sông tại các đô thị lớn đang ở mức rất nghiêm trọng và gần nh không có
khả năng tự làm sạch. Một số sông lớn nh sông Hồng, Cầu, Đáy, Nhuệ và sông
Thơng đã bị ô nhiễm trên phạm vi rộng. Hàm lợng các chỉ tiêu COD, NH
4
+
,
NO
3
-
, NO
2
-
... ở nhiều đoạn sông đã vợt quá chỉ tiêu gấp từ 1,5 90 lần. Theo
đánh giá của các nhà khoa học thì hiện trạng ô nhiễm trên mặt đất đã ảnh hởng
trực tiếp xuống nớc ngầm đang ở mức báo động, đặc biệt là tại các thành phố
lớn nơi có các hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt đông đúc của c dân.

Điển hình nh tại khu vực phía Nam thành phố Hà Nội và khu vực tỉnh Hà Nam
đang phải đối mặt với vấn đề suy giảm chất lợng tầng nớc ngầm và các thủy
vực sông hồ tại đây. Theo kết quả khảo sát đánh giá của các nhà khoa học Viện
Địa Lý thuộc Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam thì hầu nh tất cả các
mẫu nớc từ các huyện của tỉnh Hà Nam đều có tỷ lệ nhiễm amon ở mức độ
đáng báo động. Chẳng hạn nh tại Lý Nhân có mẫu nớc với hàm lợng lên tới
111,8mg/l gấp 74 lần so với TCBYT, Duy Tiên 93,8mg/l gấp 63 lần cho phép,...
Trong khi đó, các kết quả khảo cứu của trờng Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội
cũng cho biết chất lợng nớc ngầm ở tầng mạch nông và mạch sâu tại các địa
phơng này cũng có hàm lợng nito trung bình > 20mg/l vợt mức TCVN cho
phép rất nhiều lần.







Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
8
Bảng 1.1 Chất lợng nớc tại một số huyện thuộc tỉnh Hà Nam
STT Tiêu chuẩn Số lợng
mẫu lấy
[N-NH
4
+
] theo
giá trị điển hình
(mg/l)

TCBYT
[NH
4
+
]
(mg/l)
1
Bình Lục
20 58,8
1,5
2
Thanh Liêm
20
> 50
3
Kim Bảng
5
> 50
4
Lý Nhân
5 111,8
5
Duy Tiên
6 93,8
6
Thị Trấn Vĩnh Trụ
- 77,63
Vấn đề cung cấp nớc sạch và vệ sinh an toàn luôn là mối quan tâm hàng
đầu của các đô thị lớn, đặc biệt với thủ đô Hà Nội là trung tâm kinh tế, văn hóa
và giáo dục của cả nớc. Hiện nay, hệ thống cấp nớc của Hà Nội đã phát triển

mạnh, nhiều chỉ tiêu chất lợng trớc đây cha kiểm soát đợc thì nay đã có các
phòng thí nghiệm hiện đại cùng đội ngũ cán bộ có kỹ thuật có thể kiểm tra đánh
giá. Tuy nhiên cùng với sự phát triển nhiều mặt của thủ đô, vấn đề nớc cấp có
xu thế cha theo kịp đợc sự phát triển cả về số lợng cũng nh chất lợng.
Trong đó đáng chú ý là tình trạng nớc ngầm bị ô nhiễm amoni, các kim loại
nặng và cả các tác nhân mà chúng ta cha có điều kiện kiểm nghiệm ví dụ nh
các hợp chất hữu cơ độc hại. các khu vực nh Ngọc Hà, Quỳnh Lôi, Vĩnh Tuy,
Hoàng Mai, Nhân Chính, tỷ lệ sử dụng nớc ngầm khai thác từ giếng khoan
không qua hệ thống lọc và các vùng ngoại thành sử dụng nớc mặt đều có nguy
cơ nhiễm NH
4
+
và các hợp chất hữu cơ khác. Mặc dù Hà Nội là nơi có hệ thống
cấp nớc thuộc loại tốt nhất Việt Nam nhng các số liệu về thành phần chất
lợng của nớc nguồn cũng nh nớc cấp về khía cạnh các hợp chất nito cho
thấy hàm lợng NH
4
+
trong các nguồn nớc của ba nhà máy khu vực phía Nam
Hà Nội là Tơng Mai, Hạ Đình, Pháp Vân đều vợt giá trị cho phép. Nặng nhất
là nhà máy nớc Pháp Vân với hàm lợng amoni có trong nớc máy lên từ 15
18mg/l đến 40- 60mg/l (giới hạn cho phép < 1,5mg/l), Hạ Đình 15 20mg/l,
Tơng Mai 12mg/l.
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
9
Bảng 1.2- Hàm lợng NH
4
+
tại đầu ra của các nhà máy nớc ở Hà Nội

STT Tên nhà máy nớc
[NH
4
+
] (mg/l)
theo GTTB
TCBYT
1329/2002
1
Mai Dịch
0,85 1,5
2
Yên Phổ
1,45 1,5
3
Ngọc Hà
1,80 1,5
4
Ngô Sỹ Liên
0,60 1,5
5
Lơng Yên
1,54 1,5
6
Tơng Mai
8,09 1,5
7
Hạ Đình
15 - 20 1,5
8

Pháp Vân
23,20 1,5
Về chất lợng các con sông chảy qua khu vực Hà Nội mang theo nớc thải
của thành phố, chúng đổ dồn về khu vực Thanh Trì, Văn Điển qua các con sông
nh: Kim Ngu, Tô Lịch, Sét, Lừ. Tại đây các đáy sông thờng xuyên đợc bồi
lắng lớp bùn hữu cơ khá dày và có hàm lợng amoni ở mức tơng đối cao, theo
nh nghiên cứu cho thấy hàm lợng NH
4
+
các con sông trên nh sau: Kim Ngu
12,25mg/l; Tô Lịch 16,14mh/l; Lừ 22,61mg/l; Sét 24,32mg/l.
Trong khi đó tại thành phố Hồ Chí Minh thì tình hình ô nhiễm cũng diễn
biến phức tạp không kém, hàng loạt các báo cáo môi trờng cho thấy mỗi ngày
hệ thống kênh rạch và sông Sài Gòn phải gánh trên 1 triệu m
3
nớc sinh hoạt,
gần 4 nghìn m
3
nớc thải công nghiệp, 4 5 nghìn tấn rác thải sinh hoạt và 7 tấn
rác thải y tế vẫn cha qua xử lý. Bên cạnh đó, hoạt động của các khu công
nghiệp ở một số tỉnh phía Nam đang trở lên là thách thức với môi trờng và gây
nhiều bức xúc cho ngời dân, điển hình nh Đồng Nai có 3 trong 17 khu công
nghiệp có hệ thống xử lý nớc thải, Bình Dơng có 2 trong 13 và đáng chú ý hơn
cả là 5 khu công nghiệp tại Bà Rịa Vũng Tàu hoàn toàn cha đợc trang bị bất
kỳ một hệ thống xử lý nớc thải nào. Đây chỉ là các số liệu còn cha đề cập tới
lợng nớc rỉ ra từ các bãi rác vẫn cha qua xử lý. Nhng những con số thống kê
này đã nói lên một thực trạng ô nhiễm môi trờng nớc ở nớc ta đang có xu
hớng lan rộng và ngày một trầm trọng hơn.
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044

10
1.3. Thực trạng xử lý nớc thải ô nhiễm N amoni
Tại Việt Nam, theo báo cáo 2005 của Bộ Tài nguyên và Môi trờng các
hoạt động sản xuất công nông nghiệp và dân sinh mỗi ngày thải ra môi trờng
hàng triệu m
3
nớc thải. Hầu nh tất cả các nguồn nớc thải (sinh hoạt, bệnh
viện, nông nghiệp, đô thị, các làng nghề,...) hiện vẫn đợc thải trực tiếp ra các
sông hồ tiếp nhận mà không qua xử lý, tổng lợng nớc thải đợc xử lý mới đạt
khoảng 5 %. Tình trạng ô nhiễm nớc rõ ràng nhất là tại các thành phố và đô thị
lớn nh thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, Huế, Nam Định,
Hải Dơng. Theo báo cáo đánh giá diễn biến môi trờng hai vùng kinh tế trọng
điểm phía Bắc và phía Nam (2004): Trong số 76 khu công nghiệp và khu chế
xuất đang hoạt động chỉ có 16 trạm xử lý nớc thải tập trung hoạt động với công
suất 41.800 m
3
/ ngày. Tính đến đầu năm 2005, khu vực đô thị và khu công
nghiệp mỗi ngày thải khoảng 3.110.000 m
3
nớc thải sinh hoạt và nớc thải sản
xuất trực tiếp vào nguồn nớc mặt. Một số công trình xử lý nớc thải đã bắt đầu
xuất hiện ở một số nơi nhng còn quá ít và hiệu quả hoạt động cũng cha
đáng kể.
Tại thành phố Hồ Chí Minh thực trạng xử lý nớc thải cũng không khác so
với thành phố Hà Nội. Trong số 13 khu công nghiệp (KCN), khu chế xuất (KCX)
đã đi vào hoạt động chỉ có 5 KCN, KCX đã xây dựng và vận hành hệ thống xử lý
nớc thải công nghiệp tập trung với công suất từ 300 10.000 m
3
/ ngày. Thành
phố hiện có khoảng 1.000 xí nghiệp công nghiệp và hơn 22.000 cơ sở sản xuất

tiểu thủ công nghiệp. Nhiều nhà máy, xí nghiệp không có hệ thống xử lý chất
thải hoặc các hệ thống xử lý chất thải chỉ hoạt động mang tính đối phó với cơ
quan quản lý nhà nớc. Các cơ sở sản xuất này đang nằm lẫn trong các khu dân
c, thờng xuyên xả chất thải trực tiếp ra hệ thống kênh rạch: tiêu biểu là các
nhà máy sản xuất dọc kênh Tham Lơng và khu công nghiệp Tân Bình hoặc
hàng trăm cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp khác nằm dọc các kênh Tân Hóa
Lò Gốm (thuộc các quận 6, quận 11). Các hệ thống xử lý nớc thải tập trung tại
thành phố Hồ Chí Minh đã đợc đầu t xây dựng và vận hành nh KCX Tân
Thuận với công suất 10.000m
3
/ ngày. Các KCN khác đang lập dự án hoặc đang
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
11
còn khảo sát, chờ quyết định. Trong khi đó thành phố cũng gấp rút tiến hành
công tác di dời các đơn vị gây ô nhiễm ra KCN và vùng phụ cận. Mặc dù một số
cơ sở sản xuất đã di dời ra các huyện ngoại thành nhng do không có hệ thống
xử lý nớc thải nên hơn 70 cơ sở sản xuất nằm dọc kênh An Hạ - Thầy Cai
(huyện Hóc Môn Củ Chi) nhanh chóng làm ô nhiễm nguồn nớc vốn rất trong
sạch trớc đây của hệ thống kênh này.
Các thông tin trên cho thấy, ở Việt Nam xử lý nớc thải mới chỉ đợc tiến
hành ở quy mô nhỏ lẻ, cha toàn diện, phần lớn các nguồn nớc thải sinh hoạt và
công nghiệp đang đợc thải trực tiếp ra môi trờng mà không qua xử lý. Phần
lớn các công trình XLNT hiện có mới chỉ tập trung vào xử lý một vài tác nhân
gây ô nhiễm nh COD, BOD, SS và một số kim loại nặng mà cha quan tâm đến
vấn đề xử lý các chất dinh dỡng N, P. Một số trạm xử lý nớc thải Kim Liên,
Trúc Bạch (sử dụng vật liệu mang lơ lửng cho quá trình nitrat hóa) có chú trọng
đến vấn đề xử lý N, P, tuy nhiên công nghệ và vật liệu hoàn toàn từ nớc ngoài
nên chi phí đầu t rất cao. Hai trạm xử lý này là hai công trình thí điểm nằm
trong gói thầu thoát nớc của TP Hà Nội với vốn vay Ngân hàng Hợp tác Quốc

Tế Nhật Bản (JBIC) lên tới 1,067 tỷ yên Nhật (khoảng 145 tỷ đồng) và 10 tỷ 440
triệu đồng Việt Nam. Điều đáng chú ý là chi phí vận hành cho mỗi trạm này
không dới 1,7 tỷ đồng/ năm.
1.4. ảnh hởng của amoni tới sức khoẻ con ngời

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 cho con ngời, vì nó có thể chuyển hoá thành
Nitroamin, chất này có khả năng gây ung th cho con ngời [7]. Chính vì vậy,
quy định hàm lợng nitrit cho phép trong nớc sinh hoạt là rất ngặt nghèo
(Bảng 1.3). 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
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
12
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.
Một số nghiên cứu ở Nepan đã khẳng định khi hàm lợng NO
3
-
trên 45
mg/l khiến cho dân c dùng thờng xuyên nguồn nớc này sẽ bị mắc các bệnh
ung th về dạ dày, thực quản và bệnh tiểu đờng [1].
Ngoài ra, thức ăn có hàm lợng nitrat và nitrit cao cũng rất đáng lo ngại.
Mối quan hệ giữa nớc giếng nhiễm nitrat và hội chứng BBS (Baby Blue
Syndrome) lần đầu tiên đợc Hunter Comly, bác sĩ ở Iowa tìm thấy hồi đầu thập
niên 40 khi ông điều trị cho hai đứa trẻ mắc chứng da xanh [2].
Những đứa trẻ sơ sinh trong giai đoạn mới đợc 6 tháng tuổi dễ bị mắc
căn bệnh này vì hàm lợng enzym methemoglobin reductase tơng đối thấp -
đây là một loại enzym tế bào máu đỏ có khả năng chuyển hoá methemoglobin
trở lại thành hemoglobin. Ngoài Mỹ, một số nớc Đông Âu, mức độ nhiễm độc
nguồn nớc sinh hoạt lấy từ giếng lên cũng rất cao. Ví dụ tại Transylvania ở
Rumani trong thời gian từ 1990 -1994 trung bình cứ 100.000 trẻ em sơ sinh thì
có tới 24 đến 363 ca nhiễm độc. Có lẽ độ nguy hiểm của NO
3
-
đã đặt ngời 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 (Bảng 1.4,
44,3 mg/l).
Mặc dù, 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 [2]. 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 [6], riêng tiêu chuẩn Châu Âu có yêu cầu rất nghiêm ngặt là
0,5 mg/l (Bảng 1.3).

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
13
Bảng 1.3 - Tiêu chuẩn một số quốc gia về các hợp chất nitơ trong nớc cấp [4]
Chỉ tiêu Hoa kỳ
Châu Âu
80/778/EEC
WHO
1993
TCBYT
1329/2002
NH
4
-
- 0,5 1,5 1,5
NO
3
-
44,3 50 50 50

NO
2
-
4,4 0,1 3 3
Ngoài ra, nếu trong nớc tồn tại amoni sẽ làm giảm hiệu quả của khâu clo
hoá sát trùng là bớc cuối cùng trong quá trình xử lý nớc hiện hành, nhằm đảm
bảo nớc hoàn toàn an toàn về mặt vi sinh khi đến tay ngời tiêu dùng. Khi có
mặt amoni, hợp chất này phản ứng ngay với clo để chuyển clo thành cloramin
(bao gồm monochloramine, dichloramine, trichloramine organochloramine) có
tính sát khuẩn kém hàng trăm lần so với clo nguyên tố. Ngoài ra, nó giảm khả
năng xử lý mangan bằng công nghệ truyền thống [8]. Bên cạnh đó amoni là
nguồn dinh dỡng cho các sinh vật nớc và tảo để 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.
1.5. Các p
hơng pháp xử lý amoni trong nớc cấp
1.5.1 Phơng pháp clo hóa tới điểm đột biến
Clo gần nh là hoá chất duy nhất có khả năng ôxy hoá amoni/amoniac ở
nhiệt độ phòng t
hành 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 d clo sẽ xảy ra các phản ứng phân huỷ các cloramin

NH
2
Cl + NHCl
2
= N
2
+ 3HCl (1.5)
4NH
2
Cl + 3Cl
2
+ H
2
O = 10HCl + N
2
+ N
2
O
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
14
Ta có phơng trình tổng cộng
2NH
3
+ 3HClO = N
2
+ 3H
2
O + 3HCl (1.6)
Lúc này lợng Cl

2
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 ợng 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 1.1 - Đ-ờng cong clo hoá tới điểm đột biến đối với n-ớc có amoni [3]
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 1.1. 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.
Ngoài ra, với lợng clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên khó giải
quyết đối với các nhà máy lớn. Đây là những lý do khiến phơng pháp clo hoá
mặc dù rất đơn giản và rẻ về mặt thiết bị và xây dựng cơ bản nhng rất khó
áp dụng.
1.5.2. Phơng pháp trao đổi Ion
Quá trình trao đổi ion là một quá trình hoá
lý thuận nghịch trong đó xảy ra
phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điện ly với các ion trên bề mặt
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
15
hoặc bên trong của pha rắn tiếp xúc với nó. Quá trình trao đổi ion tuân theo định
luật bảo toàn điện tích, phơng trình phản ứng trao đổi ion đợc mô tả một cách
tổng quát nh sau:
AX + B
-
AB + X

-
(1.7)
CY + D
+
CD + Y
+
(1.8)
Trong đó AX chất trao đổi anion, CY chất trao đổi cation.
Phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghịch, chiều thuận đơc gọi là
phản ứng trao đổi, chiều nghịch còn đợc gọi là phản ứng tái sinh. Mức độ trao
đổi ion phụ thuộc vào: 1- kích thớc, hoá trị của ion; 2- nồng độ ion có trong
dung dịch; 3- bản chất của chất trao đổi ion và 4- nhiệt độ.
Nhựa trao đổi ion dạng rắn đợc dùng để thu những ion nhất định trong
dung dịch và giải phóng vào dung dịch một lợng tơng đơng các ion khác có
cùng dấu điện tích. Nhựa trao đổi cation (cationit) là những hợp chất cao phân tử
hữu cơ có chứa các nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là RX
trong đó R là gốc hữu cơ phức tạp, X có thể là SO
3
HCOOH... Qua cột này các
cation bị giữ lại:
Cat-H
+
(Na
+
) + NH
4
+
<---> Cat-NH
4
+

+ H
+
(Na
+
)
2 RCOOH + Ca
2
+
< --- >(RCOO)
2
+ H
+

Về mặt cơ chế, quá trình trao đổi ion xảy ra giữa một chất rắn xốp (chất
trao đổi ion) và một dung dịch điện ly trải qua năm giai đoạn nh sau:
(1). Các ion trong dung dịch khuếch tán đến bề mặt chất trao đổi ion;
(2). Các ion tiếp tục khuếch tán trên bề mặt chất rắn đến vị trí ion sẽ
trao đổi;
(3). Xảy ra phản ứng trao đổi ion;
(4). Các ion đợc trao đổi vốn từ dung dịch khuếch tán trên bề mặt chất
trao đổi ion.
(5). Các ion vốn có trên nhựa trao đổi bị thế đẩy khuếch tán vào thể tích
dung dịch, rời xa chất rắn.
Chất trao đổi ion có thể có sẵn trong tự nhiên nh các loại khoáng sét,
trong đó quan trọng nhất là zeolite, các loại sợi,... cũng có thể là chất vô cơ tổng
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
16
hợp (alumino silicat, alumino photphat, zeolie...) hoặc hữu cơ (nhựa trao đổi
ion). Trong thực tế nhựa trao đổi ion đợc sản xuất và ứng dụng rộng rãi nhất.

Trong công nghệ xử lý nớc cấp phơng pháp trao đổi ion tỏ rõ tính u việt trong
việc làm mềm nớc, loại bỏ chất khoáng, hữu cơ độc hại... Ưu điểm của phơng
pháp là tốc độ nhanh, công suất lớn trên một đơn vị thể tích thiết bị và vật liệu,
chất lợng nớc xử lý cao. Nhợc điểm là chi phí đầu t cao do giá nhựa
(cationit ở mức 1,5 -2,0 anionit gần 4$/l) chi phí vận hành trong một số trờng
hợp vẫn cao [4].
1.5.3. 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
Nh vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lợng rất nhỏ NH
3
khí so với amoni. 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:
NH
4
+
+ OH
-
NH
3
+ H
2
O (1.9)
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 [6] và quá trình rất phụ thuộc vào nhiệt độ
môi trờng. Phơng pháp này áp dụng đợc cho nớc thải, khó có thể đa nồng
độ NH
4
+
xuống dới 1,5 mg/l nên rất hiếm khi đợc áp dụng để xử lý nớc cấp.
1.5.4. Phơng pháp ozon hóa với xúc tác Brom
Để khắc phục nhợc điểm của phơng pháp clo hóa điểm đột biến ngời
ta có thể thay thế một tác nhâ

n oxy hóa khác là ozon với sự có mặt của Br
-
. Về
cơ bản xử lý NH
4
+
bằng O
3
với sự có mặt của Br
-
cũng diễn ra theo cơ chế giống
nh phơng pháp xử lý dùng clo. Dới tác dụng của O
3
, Br
-
bị oxy hóa thành là
BrO
-
theo phản ứng sau đây:
Br
-
+ O
3
+ H
+
HBrO + O
2
(1.10)
Phản ứng oxy hóa NH
4

+
đợc thực hiện bởi ion BrO
-
giống nh của ion ClO
-
NH
3
+ HBrO NH
2
Br + H
2
O (1.11)
NH
2
Br + NHBr
2
NHBr + H
2
O (1.12)
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
17
NH
2
Br + NHBr N
2
+ 3Br
-
+ 3H
+

(1.13)
Đây chính là điểm tơng đồng giữa hai phơng pháp clo hóa và ozon hóa
xúc tác Br
-
do Galat-Gorhev và Moris tìm ra năm 1975.
1.5.5. Xử lý amoni bằng phơng pháp sinh học
Công nghệ
xử lý nito trong nớc thải bằng phơng pháp sinh học đã đợc
nghiên cứu và đa vào ứng dụng thực tế từ những năm 1960. Trên thực tế, có rất
nhiều quy trình công nghệ xử lý nito bằng phơng pháp sinh học khác nhau.
Chúng giống nhau ở nguyên lý là thực hiện các quá trình nitrat hóa và khử nitrat
hóa nhng khác nhau ở cách sắp xếp trình tự các quá trình trong sơ đồ xử lý và
nguồn cacbon sử dụng. Các quá trình này có thể là các quá trình sinh trởng lơ
lửng, sinh trởng bám dính hay sinh trởng lơ lửng bám dính kết hợp. Sau đây
là một số quy trình cơ bản thờng đợc ứng dụng trong xử lý nito trong
nớc thải.
Trong quy trình (a) (hình 1.2) cho hiệu suất xử lý 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. Quy trình công nghệ này có
nhợc điểm là phức tạp, cần phải bổ sung cơ chất hữu cơ cho quá trình nitrat.

Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
18

(a)



(b)






(c)





Hình 1.2 Một số quy trình công nghệ xử lý nito trong nớc thải
Quy trình (b) là quy trình có thể tận dụng ngay nguồn cơ chất hữu cơ sẵn
có trong nớc thải mà không cần bổ sung thêm nguồn cacbon từ bên ngoài. Qui
trình này đơn giản, chi phí đầu t thấp nhng nhợc điểm là hiệu suất xử lý nito
đạt 60 70%, tỷ lệ hồi lu so với dòng vào là từ 1 4 lần.
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).

Trong các quy trình công nghệ xử lý nito nêu trên lại có thể chia thành hai
nhóm phơng pháp sau:
Bể thiếu
khí
Bể hiếu khí Bể lắng
Nớc thải vào
Nớc đã xử lý
Bùn hồi lu
Nớc hồi lu
Bùn thải
Nitrat hóa Khử nitrat hóa
Nớc đầu vào
Bể thiếu
khí

Bể yếm
khí
Bể hiếu
khí
Bể
lắng
Nớc đã xử lý
Bùn hồi lu
Nớc hồi lu
Bùn thải
(Nitrat hóa)(Khử nitrat hóa)
Bể thiếu
khí
Bể hiếu
khí

Tái sục
khí
lắ
Nớc thải vào
Nớc đã xử lý
Bổ sung cơ chất
Bể lắng
Bùn thải
Bùn hồi lu
(Nitrat hóa) (Khử nitrat hóa)
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
19
9 Nhóm phơng pháp sử dụng các quá trình trong đó vi sinh phân tán
đều trong thể tích phản ứng (sinh trởng lơ lửng) mà đại diện là quá trình bùn
hoạt tính (BHT)
9 Nhóm phơng pháp dùng các quá trình với lớp vi sinh đợc cố định
lên bề mặt chất mang rắn gọi là các quá trình màng vi sinh (sinh trởng bám
dính) mà đại diện các quá trình với lớp vi sinh đợc cố định lên bề mặt chất
mang rắn gọi là các quá trình màng vi sinh (sinh trởng bám dính) mà đại diện là
phơng pháp lọc sinh học (LSH) ngập nớc.
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:
a. 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 (1.14)
NO
2
-
+ 0,5O
2
NO
3
-
(1.15)
Phơng trình tổng:
NH
4
+
+ 2O
2
NO
3
-
+ 2H
+

+ H
2
O (1.16)
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 1 g 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 [9] ta có:
1,02 NH
4
+
+ 1,89 O
2
+ 2,02 HCO
3
-

0,021C
5
H
7
O
2
N + 1,00NO
3
-
+ 1,92H
2

CO
3
+ 1,06H
2
O (1.17)
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
)
Để thiết kế ngời ta hay dùng các con số suy ra từ phơng trình 1.17 là 4,3
g O
2
và 7,14 g độ kiềm/1 g N-NH
4
+
để tính toán.
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
20
b. Quá trình khử nitrat
Khác với quá trình 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 lên sinh khối mới.
Quá trình khử nitrat 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 axit axetic), 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
.
Gayle [29] 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.

Chỉ có Thiobacilus denitrifcans 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
-
.
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

ấ

t
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

ấ

t
t

ế

b

à

o ch

ấ

t


Hình 1.3 - Quá trình khử nitrat trên màng tế bào chất của vi khuẩn [3]
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
21
6NO
3

-
+ 5CH
3
OH 3N
2
+ 5 CO
2
+ 7 H
2
O + 6 OH
-
(1.18)
8NO
3
-
+ 5CH
3
COOH 4N
2
+ 10 CO
2
+ 6 H
2
O + 8 OH
-
(1.19)
8NO
3
-
+ 5CH

4
4N
2
+ 5 CO
2
+ 6 H
2
O + 8 OH
-
(1.20)
10NO
3
-
+ C
10
H
19
O
3
N 5N
2
+ 10 CO
2
+ 3 H
2
O + NH
3g
+ 10 OH
-
(1.21)

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
-
(1.22)
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
-
(1.23)
O
2

+ 0,93CH
3
OH + 0,056NO
3
-

0,056C
5
H
7
NO
2
+ 1,04N
2
+ 0,59H
2
O + 0,56HCO

3
-
(1.24)
Nh vậy, 1 gam nitrat bị khử tiêu thụ 2,86g O
2
, 1 gam nitrat bị khử sinh ra
3,57 g độ kiềm (CaCO
3
). Nếu có NH
4
+
tham gia vào quá trình sinh tổng hợp tế
bào thì: lợng kiềm sinh ra sẽ ít hơn (vào khoảng 2,9 - 3,0 g).
Theo phơng trình (1.22) đợc nêu bởi (McCarty, 1968) [28]:
NO
3
-
+ 1,08 CH
3
OH
0,056 C
5
H
7
NO
2
+ 0,47 N
2
+ 1,44 H
2

O + 0,67 CO
2
+ OH
-
(2.12)
Nh vậy 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.
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình ni
trat hoá
- ảnh hởng của pH và nhiệt độ tới quá trì
nh 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]
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
22
sẽ chứng minh cho chúng ta thấy ở hình 1.4. 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 [13]. 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 [14].

Hình 1.4- ảnh h-ởng của pH tới vi khuẩn nitrat hoá [12]
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 [15],
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 [16]

. Nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm hoạt tính của
vi sinh và 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 nớc nguồn nớc tại phòng thí nghiệm
khá ổn định và nằm trong giới hạn thuận lợi cho hoạt động của toàn bộ hệ thống.
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
23
- 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 bảng 1.4.
Bảng 1.4 - Các chất hữu cơ và nồng độ gây ức chế vi khuẩn nitrat hoá [16]
Danh mục các chất
mg/l
Danh mục các chất
mg/l
Acetone 2000 m-Cresol 1-100
Amino acids 1-1000 Cyanide 16,5

Ammonium 1000 Dicyandiamide 250
Aniline 7,7 2,4-Dinitrophenol 37
Benzenne 13 Dithio-oxamide 1
Benzocaine 100 Ethanol 2400
Benzylamine 100 Sodium arsenite 2000
Bisphenol A 100 Sodium chloride 35000
Cadmium 14,3 Sodium cyanate 100
Carbamate 2 Sodium cyanide 1
Carbon disulphude 35 Sodium pluoride 1218
Chloride 1 Tetrabromobisphenol 100
Chloroform 18 1,2,3,4-Tetrachlorobenzene 20
Hydrogen sulfide 50 1,2,4,5-Tetrachlorobenzene 9,8
Lead 0,5 1,1,1,2-Tetrachloroethane 8,7
1-Lysine 4 1,1,2,2-Tetrachloroethene 1,4
Methanol 160 1,2,3,5,6-Tetrachlorophenol 1,3
Methyl mercaptan 300 Trichloroethylene 0,81
Methyl pyridines 100 Trichlorophenol 100
Nickel 5 2,3,5-Trichlorophenol 3,9
Nitrobenzene 50 2,3,6-Trichlorophenol 0,42
Potassium chlorate 2500 2,4,6-Trichlorophenol 7,9
Chromium (2I) 10 Copper 230
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
24
- ảnh hởng của nồng độ NH
4
+
tới sự phát triển của vi khuẩn nitrat-
Nitrobacter
Turk, O., và Mavinic, D.S. (1986) [17] đã chỉ ra rằng các quá trình ôxi hoá

nitrit bị ức chế khi nồng độ NH
3
đạt 0,1 -1 mg/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) [18] 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) [19] 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.
Bảng 1.5 - Nồng độ NH
4
+
và NO
2
-
gây ức chế nitrobacter [20]
pH NH
+
4
(mg/l) NO
-
2
(mg/l)
6,0 210-2100 30-330
6,5 70-700 88-1050
7,0 20-210 260-3320
7,5 7-70 -
8,0 2-20 -
Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình khử nitrat hoá
ảnh hởng của pH và nhiệt độ tới quá trì
nh khử nitrat hoá
Điều kiện phát triển vi khuẩn khử nitrat hóa: pH 7 - 8; t
o

= 5 - 25
o
C [23],
cơ chất phải là chất hữu cơ 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
Đồ án tốt nghiệp Khoa CNSH&MT
Nguyễn Thị Phơng MSSV: 505303044
25
nghiệp có 22 loại (thải bia và rợu) dùng trong khử nitrat hóa tốt hơn metanol
[24]. Vi 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.
- 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.

- Sự khử đối với NO
2
-
bị ảnh hởng mạnh khi giảm pH < 7,5 (ngợc lại đối
với sự khử NO
3
-
).
1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
1.6.1.Tình hình nghiên cứu trong nớc
Hiện nay chúng ta đã có một số công trì
nh nghiên cứu xử lý các hợp chất
chứa nitơ trong nớc cấp cũng nh trong nớc thải, các nghiên cứu còn hạn chế
và cha đầy đủ nhng có thể liệt kê một số các công trình nghiên cứu về lĩnh vực
này nh sau:
Nghiên cứu xử lý các chất dinh dỡng (các hợp chất N và P) trong
các hệ xử lý nớc thải sinh hoạt - Lê Văn Chiều, luận án Tiến Sĩ, trờng
ĐHKHTN, 2003.
Nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý nớc thải giàu hợp chất nitơ
(N), Photpho (P) thích hợp với điều kiện Việt Nam - Lê Văn Cát, báo cáo đề tài
nghiên cứu khoa học công nghệ thuộc chơng trình nhà nớc về bảo vệ môi
trờng, Hà Nội 2001-2002.
Nghiên cứu xử lý amoni trong nớc ngầm Hà Nội - đề tài cấp thành
phố 01C-09/11-2002-2, chủ trì Nguyễn Văn Khôi - Sở Giao thông Công chính
Hà Nội.