ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG xử lý AMONI BẰNG kỹ THUẬT MÀNG VI SINH TẦNG CHUYỂN ĐỘNG NHẰM mục tái sử DỤNG nước NUÔI TRỒNG THỦY sản

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI BẰNG KỸ THUẬT
MÀNG VI SINH TẦNG CHUYỂN ĐỘNG NHẰM MỤC TÁI SỬ
DỤNG NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY SẢN
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Trịnh Thị Thủy

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Cát
NCV Lê Anh Vân
Người thực hiện:

Nguyễn Thị Thuận

Lớp:

CD8KM2

Địa điểm thực tập:

Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ VN

Hà Nội, tháng 05 - 2012


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Tài
Nguyên và Môi Trường đã tận tình dạy em trong suốt các năm học vừa qua.

Em xin cảm ơn Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã
giúp em có môi trường thực tập tốt.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình
của PGS.TS Lê Văn Cát và nghiên cứu viên Lê Anh Vân cùng tập thể các cán bộ
nghiên cứu khoa học Phòng Hóa Môi trường – Viện Hóa học đã tạo điều kiện tốt
nhất để em học tập và thực hành trong lĩnh vực chuyên môn của mình.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên và giúp đỡ của
gia đình, bạn bè trong suốt thời gian qua.

Hà nội, tháng 05 năm 2012

Sinh viên

Nguyễn Thị Thuận


MỤC LỤC


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

MỞ ĐẦU
Việt Nam là một trong những quốc gia trên thế giới có nghề nuôi trồng thủy sản
phát triển và cũng là nước có lịch sử nuôi trồng thủy sản lâu đời. Với hơn 3.260km bờ
biển, 12 đầm phá và eo vịnh, 112 cửa sông, lạch và hàng ngàn đảo lớn nhỏ ven biển, lại
thêm hệ thống sông ngòi kênh rạch chằng chịt cùng với các hồ thủy lợi, thủy điện nước
ta có tiềm năng rất lớn về nuôi trồng thủy sản.
Nghề nuôi trồng thủy sản ở nước ta rất phát triển, hàng năm thủy sản là mặt

hàng xuất khẩu truyền thống của Việt Nam. Theo tổng cục thống kê, thủy sản là mặt
hàng có kim ngạch xuất khẩu đứng thứ 3 sau dầu thô và dệt may. Có thể thấy nghành
thủy sản đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu tổng sản phẩm quốc nội của Việt Nam.
Phần lớn các trạm nuôi giống sử dụng nước mặn hoặc nước lợ trong sản xuất
giống. Hiện nay có khoảng 5 ngàn trại nuôi giống thủy sản đang hoạt động cung cấp
trên 20 tỉ tôm giống và các loại giống nuôi khác cho nuôi trồng thủy sản hàng năm.
Hình thức được áp dụng hiện nay là thay nước nuôi hàng ngày với một tỉ lệ nhất định.
Phần lớn nước nuôi được thải thẳng ra ngoài môi trường, không qua xử lý. Nước thải
chứa thức ăn thừa, chất bài tiết, vi khuẩn gây bệnh, phân , … Các tạp chất trên gây hại
vực nước: giảm chất lượng nước, gây tổn hải sinh cảnh, suy giảm đa dạng sinh học,
nhiễm mặn đất, lan truyền bệnh, biến đổi gen của vi sinh do kháng sinh và đôi khi gây
nên hiện tượng phú dưỡng cho khu vực nhận.
Vì lợi ích bảo vệ môi trường nói chung và ngành sản xuất nuôi trồng thủy sản
phát triển bền vững thì việc xử lý và tái sử dụng nước thải từ các trại nuôi giống là một
trong những nhu cầu cần thiết. Ngoài ra tái sử dụng nước nuôi thủy sản còn mang lại
lợi ích kinh tế nếu cơ sở nuôi cách xa nguồn nước cấp và cho các cơ sở bán đồ hải sản
tươi sống tại các thành phố do giảm chi phí vận tải nước nuôi. Tái sử dụng nước nuôi
trồng thủy sản đã được phổ biến ở rất nhiều nơi trên thế giới trong khi đó phương thức
sản xuất này còn chưa được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam.
Nước nuôi thủy sản có mức độ ô nhiễm không quá nặng nề như các ngành sản
xuất khác nhưng những chất gây ô nhiễm lại là chất gây độc trực tiếp cho loài nuôi với
nồng độ rất thấp điển hình là amoniac – thành phần phân hủy từ chất thải. Vì vậy xử lý
nước tập trung vào xử lý amoni, cụ thể là chuyển hóa chúng thành dạng nitrat thông
Sv: Nguyễn Thị Thuận

4


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

qua con đường nitrat hóa nhờ vi sinh vật. Tính chất đặc thù của nước nuôi trồng thủy
sản có nồng độ amoni thấp, độ muối cao, thường chứa các chất ức chế (sử dụng khi
nuôi như chất kháng sinh) nhưng yêu cầu làm sạch rất cao nếu nhằm mục đích tái sử
dụng. Các yếu tố này ức chế rất lớn đến hoạt động sinh trưởng và phát triển của vi sinh
vật tự dưỡng (loài chuyển hóa amoni thành nitrat – vốn là chủng loại có tốc độ phát
triển chậm). Khó khăn khác khi sử dụng công nghệ sinh học trong xử lý nước nuôi là
sản xuất theo thời vụ, quy mô nhỏ, chủng loại vật nuôi đa dạng ngay trong một cơ sở
sản xuất.
Những đặc điểm trên sẽ tác động đến hiểu quả của hoạt động công nghệ sinh
học trong xử lý như chi phí xây dựng và vận hành hệ thống xử lý cao, khó ổn định.
Các công nghệ hiện đang sử dụng trên thế giới và một vài cơ sở tại Việt Nam
như lọc nhỏ giọt, lọc qua tầng cố định, đĩa quay sinh học … đều có những hạn chế khi
sử dụng trong hoàn cảnh trên.
Công nghệ xử lý nước thải và tái sử dụng thích hợp cho hoàn cảnh kinh tế và
đặc thù sản xuất trong các trại nuôi giống thủy sản đòi hỏi các tiêu chí:






Hiểu quả xử lý cao.
Vận hành đơn giản và chi phí thấp.
Thích ứng với sản xuất mang tính thời vụ.
Thích hợp cho qui mô sản xuất nhỏ.
Dễ nhân rộng và triển khai ngoài thực tế.

Một trong những công nghệ hiếm hoi có thể đáp ứng các tiêu chí trên là công

nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (Moving Biofilm Bed Reactor – MBBR). Là
công nghệ sử dụng màng vi sinh bám trên chất mang, chất mang chuyển động trong
nước khi hoạt động. Hiểu quả của nó chỉ thấp hơn dạng kỹ thuật lưu thể, cao hơn nhiều
so với các kỹ thuật khác, bù lại nó vận hành đơn giản hơn nhiều so với kỹ thuật tầng
lưu thể (đòi hỏi trình độ tự động hóa cao) và không cần thiết phải có thêm công đoạn
lắng.
Xuất phát từ thực tế và trong phạm vi cho phép của một bài báo cáo thực tập tôi
xin trình bày vấn đề: “Đánh giá khả năng xử lý amoni bằng kỹ thuật màng vi sinh tầng
chuyển động nhằm mục đích tái sử dụng nước nuôi trồng thủy sản”.

Sv: Nguyễn Thị Thuận

5


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Nguồn gốc và chu trình Nitơ trong tự nhiên.
1.1.1. Nguồn gốc của nitơ.
Cơ thể động vật, thực vật ngoài thành phần chính là các hợp chất hữu cơ chứa
C, H, N thì nitơ là thành phần luôn 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 (N 3-) 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 không 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 quá trình đó, hợp chất chứa nitơ
thay đổi hóa trị và chuyển hóa thành các hợp chất hóa học khác nhau.
1.1.2. Nguồn gốc hình thành Nitơ trong nước nuôi trồng thủy sản.
Trong quá trình nuôi trồng thủy sản vấn đề ô nhiễm nguồn nước thường là do
hoạt động sản xuất nuôi trồng. Đặc biệt trong nuôi trồng thâm canh, một lượng rất lớn
thức ăn tổng hợp được đưa vào ao nuôi nhằm tăng năng suất sản phẩm, nhưng do hiệu
quả sử dụng của các thành phần đó thấp nên lượng dư cùng với lượng chất bài tiết từ
tôm cá cứ tăng dần đến mức độ ô nhiễm ngày càng tăng nếu không có giải pháp hữu
hiệu.
Nước thải từ các ao hồ nuôi thường bị ô nhiễm khá nặng nề nên cần hết sức hạn
chế thải ra các vùng xung quanh hoặc trước khi thải cần được xử lí để đảm bảo an toàn
cho khu vực nuôi trồng xung quanh.
1.1.3. Chu trình nitơ trong tự nhiên.
Trong tự nhiên nitơ tồn tại ở nhiều dạng hợp chất hóa học, tham gia và chuyển
hóa trong nhiều quá trình, quan trọng hơn cả là sự chuyển hóa giữa các dạng hợp chất
vô cơ và hữu cơ chứa nitơ. Trong môi trường hiếu khí, thực vật chết và protein động
Sv: Nguyễn Thị Thuận

6


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

vật bị vi sinh vật phân hủy, thải ra amoniac và amoniac bị oxy hóa thành nitrit, nitrat.
Nitrat, amoniac từ phân hủy hiếu khí và từ quá trình cố định đạm tham gia xây dựng tế
bào thực vật, vi sinh vật nằm dưới dạng hợp chất hữu cơ. Chất hữu cơ chứa nitơ trong
thực vật, vi sinh vật được động vật tiêu thụ để sản xuất protein. Đó là chu trình nitơ
tổng thể. Mặc dù nhóm vi sinh vật cố định đạm từ khí nhỏ nhưng chúng có vai trò khá

quan trọng, nổi bật trong trường hợp thiếu đạm.
Hợp chất nitơ ít có sẵn trong nguồn nước, chủ yếu là do chất thải từ các hoạt
động của con người dưới dạng hợp chất hữu cơ chứa nitơ (axit amin, protein, urin...)
các chất này dễ dàng bị thủy phân (phản ứng với nước) tạo thành amoniac.
Trong điều kiện nước chảy, amoniac sẽ chuyển hóa hoặc dịch chuyển theo một
trong ba phương thức:
- Đóng vai trò chất dinh dưỡng cho tảo và các loại thủy thực vật có rễ để tạo ra
sinh khối.
- Bay hơi vào không khí dưới dạng khí amoniac nếu áp suất riêng của nó trong
không khí thấp hơn mức bão hòa (hầu như luôn tồn tại). Mức độ bay hơi trước hết phụ
thuộc vào pH của môi trường. Amoniac là một bazơ yếu có cường độ bazơ là 9,25. Tại
pH = 9,25 thì 50% nồng độ tồn tại ở dạng trung hòa (NH3) có khả năng bay hơi và 50%
tồn tại ở dạng ion amoni (NH 4+) không bay hơi. Tại pH = 7,2 tỉ lệ nồng độ giữa dạng
ion và trung hòa là 100/1, ngược lại tại pH = 11,25 thì tỉ lệ trên là 1/100. pH cao là điều
kiện cần để amoniac trong nước tồn tại ở dạng bay hơi. Sục khí và nhiệt độ cao thúc
đẩy amoniac bốc hơi (giải hấp thụ).
- Sự có mặt của amoniac trong nước gây ra nhu cầu tiêu thụ oxy do nitơ
(nitrogeneous oxygen demand, NOD), tức là lượng oxy cần thiết để oxy hóa amoniac
thành nitrit (do vi khuẩn Nitrosomonas) và tiếp tục thành nitrat (vi khuẩn Nitrobacter).
Để oxy hóa 1 g amoniac cần 4,5 g oxy. Quá trình oxy hóa amoniac phụ thuộc trực tiếp
vào mật độ của chủng vi sinh Nitrifier và nồng độ oxy tan trong nước.Trong các dòng
chảy (sông, suối, mương...) có lớp nước nông quá trình oxy hóa diễn ra mạnh hơn so
với các nguồn nước sâu.
Mức độ sinh trưởng và phát triển của chủng loại vi sinh Nitrifier (oxy hóa
amoniac) thấp nên mật độ phân tán của chúng trong nước cũng thấp, hiệu quả oxy hóa
Sv: Nguyễn Thị Thuận

7

ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

amoniac không cao. Vi sinh Nitrifier thường tập hợp lại thành màng bám vào đất đá
ven bờ và cũng chính ở các địa điểm đó hàm lượng oxy cục bộ cũng cao hơn giá trị
trung bình của nguồn nước. Vì lý do đó nên tốc độ oxy hóa amoniac phụ thuộc vào tỉ lệ
giữa diện tích tiếp xúc và thể tích của dòng chảy, các nguồn chảy nông tạo điều kiện tốt
hơn cho quá trình so với dòng chảy sâu. Mặt khác lớp nước trên bề mặt cũng có nhiệt
độ thường cao hơn so với dưới lớp nước sâu.
Trong các nguồn nước lặng (ao, hồ, đập...) sự biến động của hợp chất nitơ,
photpho luôn liên quan đến tảo và gây ra hiện tượng phú dưỡng. Amoniac và nitrat
được tảo, thực vật hấp thu tạo thành protein, khi chết bị phân hủy thành amoniac từ
nguồn thực vật và vi sinh vật.
Trong quá trình xử lý hợp chất nitơ trong nước thải, sự biến đổi của hợp chất
nitơ theo chu trình mô tả trong hình 1. 1.
Hợp chất nitơ
(protein, urê)
Phân hủy vi sinh
thủy phân
Tạo
sinh

Amoniac

Tế bào nitơ

Tế

hữu cơ

thực

bào

Phân hủy nội sinh
NO2Khử nitrat

Khí nitơ

NO3Chất hữu cơ carbon
Hình 1. 1. Chu trình nitơ.

Sv: Nguyễn Thị Thuận

8


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Vi sinh vật sử dụng amoniac để xây dựng tế bào, một phần tế bào bị chết (phân
hủy nội sinh) tiết ra amoniac và một phần tạo ra lượng sinh khối thực. Loại vi sinh tự
dưỡng thực hiện phản ứng oxy hóa amoniac với oxy để sản xuất năng lượng cho mục
đích hoạt động sống, sinh trưởng và phát triển. Quá trình oxy hóa tới nitrit và nitrat gọi
là quá trình nitrat hóa. Loại vi sinh tùy nghi, dị dưỡng khử nitrit và nitrat với chất hữu
cơ (chất cho điện tử) và tạo thành khí nitơ. Khí nitơ là sản phẩm cuối của quá trình xử
lý nitơ bằng phương pháp sinh học.
1.1.4. Chu trình nitơ trong nước nuôi trồng thủy sản.

Chu trình nitơ luôn diễn ra trong các ao nuôi. Phân cá, tôm hoặc các thành phần
hữu cơ (thức ăn thừa) sẽ bị chuyển hóa thành amonia (NH 3) hoặc amonium (NH4+) rồi
thành nitrit (NO2-) hay nitrat (NO3-) trước khi được chuyển hóa tiếp thành khí nitơ bởi
các cây thủy sinh hoặc một số vi khuẩn trong ao.
1.2. 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

NO2-

NH3

NO3 –

Các vi sinh phân hủy
NO3 –

NO2 -

NO

N2O

N2

Nước chứa các hợp chất nitơ hữu cơ, amoniac hoặc NH 4OH 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 (NO 3-) chứng tỏ quá trình phân hủy

đã kết thúc. Tuy vậy, nitrat chỉ bền ở điều kiện thiếu khí, nitrat dễ bị khử thành N 2O,
NO và nitơ phân tử tách khỏi nước bay vào không 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
photphat thúc đẩy quá 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

Sv: Nguyễn Thị Thuận

9


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

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 nuôi trồng thủy
sản, nồng độ amoni thường nhỏ hơn 5 mg/l.
Trong nước tồn tại cân bằng : NH3 + H2O = NH4+ + OH- và có thể có sự chuyển
hóa NH4+ sang NO2 và NO3- 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 còn 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 NO 2- trong nước cấp uống trực tiếp không được
vượt quá 1 mg/l, trong khi tiêu chuẩn của Bộ y tế 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 Bộ y tế,
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+ không vượt quá
0,5 mg/l.
Ion nitrat trong môi trường axit là một chất oxi hóa mạnh. Tùy theo hoạt tính
của kim loại và nồng độ HNO3 mà axit nitric có thể bị khử về những mức oxi hóa khác
nhau như:
+5
HNO3

+4
NO2-

+3

+2

+1

0

N 2 O3

NO

N2O

N2

-3 -3

NH3(NH4+)

Quá trình biến đổi từ NH4+ thành NO3- là quá trình nitrat hóa bao gồm hai bước:
Nitrosomonas
NH3 (NH4+)

Nitrobacter
NO2-

NO3-

Quá trình này phụ thuộc vào những yếu tố như : lượng chất hữu cơ, hàm lượng
nước, lượng oxi, nhiệt độ, pH của môi trường.

Sv: Nguyễn Thị Thuận

10


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Ion NO2- có số oxi hóa của nitơ là +4, 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 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. Với những chất khử mạnh như Fe2+, I-. Ion NO2- bị khử thành NH3 nhưng nếu gặp
các chất oxi hóa mạnh hơn như KMnO4, PbO2...nó sẽ bị oxi hóa thành NO3-.
Ion nitrit còn là sản phẩm trung gian của quá trình nitrat hóa từ NH 4+ nhờ các
sinh vật.

Ion NO2- có thể được tạo thành do quá 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 công nghiệp,
chất chống ăn mòn. Nitrit là hợp chất không bền, nó sẽ bị oxi hóa tiếp tục thành nitrat
nếu quá trình không bị kìm hãm bởi các hợp chất hay các quá trình khác.
1.3. Độc tính của các hợp chất nitơ đối với động vật thủy sinh.
Nước thải nuôi trồng thủy sản có chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ dễ
chuyển hóa sinh học và lượng lớn các hợp chất chứa nito có thể tồn tại ở các dạng nitơ
hữu cơ, NH4+, NO3-, NO2-. Do trong nước nuôi trồng thủy sản chứa lượng lớn thức ăn
thừa, phân và chất bài tiết của thủy sản được vi sinh vật phân hủy thành amoniac (NH 4+
và NH3).
Hàm lượng amoni trong nước thải được kiểm soát cẩn thận, vì amoni gây độc
cao đối với tôm cá. Amoni tồn tại ở 2 dạng khác nhau trong nước là NH 4+ và NH3 . Hai
dạng này cùng tồn tại trong nước và chuyển từ dạng này sang dạng khác theo phương
trình phản ứng:
NH3 +

H2O



NH4+

+

OH-

Chỉ có NH3 là độc với tôm cá và mức độ độc phụ thuộc vào độ tuổi của tôm cá.
Lượng amoniac (NH3) khoảng từ 0,4 – 2 mg/l có thể gây tử vong cho tôm.
Độ pH và nhiệt độ trong ao càng cao sẽ làm cho độ độc hại của amoniac (NH 3)
tăng lên vì amoni có thể thâm nhập vào thân tôm và đi vào mô cơ, máu dễ dàng, dẫn
đến làm giảm sự hấp thụ khí oxy khiến tôm yếu đi và có thể dấn đến tử vong.
Sv: Nguyễn Thị Thuận

11


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Trong ao nuôi cũng như trong hệ thống xử lý, N-NH 4+ và NH3 được vi khuẩn
nitơ sử dụng như chất dinh dưỡng và nguồn năng lượng cho quá trình sinh trưởng,
đồng thời chuyển hóa thành N - NO2- và N - NO3-.
Nitrit (NO2-) gây hại tới động vật thủy sinh nên nó cần thường xuyên được kiểm
soát trong ao nuôi, nhiều trường hợp duy trì dưới 1 mg/l.
Nitrat thường không gây độc cho động vật thủy sinh nhưng khi nồng độ nitrat
trong môi trường nước quá cao gây tác động vật thủy sinh. Nó chỉ không gây độc khi
nồng độ thấp.
1.4. Các phương pháp xử lý hợp chất của nitơ.
Xử lý hợp chất nitơ có thể thực hiện bằng các biện pháp hóa lý (hóa học), vật
lý hoặc sinh học dựa trên các nguyên tắc chuyển hóa thành hợp chất khác hoặc tách
loại, cách ly chúng ra khỏi môi trường nước.
- Chuyển hóa các hợp chất nitơ thành dạng khí, thâm nhập vào bầu khí quyển.
Con đường chuyển hóa này có thể thực hiện bằng phương pháp sinh học thông qua các

quá trình liên tiếp nitrat hóa (oxy hóa amoniac) và khử nitrat (khử nitrat với tư cách là
chất oxy hóa và chất hữu cơ carbon là chất khử). Thực hiện phản ứng oxy hóa trực tiếp
giữa amoniac với nitrit bằng phương pháp vi sinh (quá trình Anamox). Oxy hóa xúc tác
trực tiếp amoniac thành khí nitơ. Oxy hóa amoniac với clo hoạt động (clo hóa tại điểm
đột biến ).
- Chuyển hóa các hợp chất nitơ thành các thành phần trong tế bào của thực vật
và động vật. Quá trình chuyển hóa trên gắn liền với các phản ứng sinh hóa xảy ra trong
tế bào động, thực vật, trong quá trình quang hợp của thực vật hay đồng hóa của vi sinh
vật. Quá trình trên tồn tại trong tự nhiên, là cở sở của phương pháp xử lý bằng các loại
thủy thực vật.
- Bốc hơi amoniac vào bầu khí quyển. Phương pháp này thật ra là chuyển chất ô
nhiễm từ nước vào không khí, sau đó phần lớn lại được hấp thụ trở lại vào môi trường
nước ở những vị trí khác. Để thực hiện phương pháp trên, amoniac phải tồn tại ở dạng
bay hơi (trung hòa và do độ tan của amoniac trong nước rất lớn nên để thúc đẩy cần
phải sục khí với lượng rất lớn và ở nhiệt độ cao). Chi phí của phương pháp này tương
đối cao mà lại gây ô nhiễm thứ cấp nên chúng ít được quan tâm.
Sv: Nguyễn Thị Thuận

12


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

- Tách amoniac ra khỏi môi trường nước có thể thực hiện bằng phương pháp
trao đổi ion trên cationit. Các loại nhựa cationit có độ chọn lọc trao đổi thấp đối với
amoni, dung lượng trao đổi động thấp, bị cạnh tranh mạnh bởi các ion khác có mặt với
nồng độ cao như canxi, magie. Loại zeolit tự nhiên clinoptilolite có khả năng chọn lọc
cao đối với amoni có thể được sử dụng trong một số trường hợp. Nitrat cũng là cấu tử

có độ chọn lọc trao đổi ion thấp hầu hết trên các loại nhựa tổng hợp. Trên thị trường có
một số anionit đặc thù dành cho trao đổi nitrat.
Sử dụng một số loại màng thích hợp : màng nano, màng thẩm thấu ngược hay
điện thẩm tích cũng tách được các hợp chất nito đồng thời với các hợp chất khác.
Hiệu quả xử lý và giá thành của từng phương pháp rất khác nhau và khả năng sử
dụng từng phương pháp còn phụ thuộc vào nồng độ của nitơ (amoni) trong nước.
Nồng độ amoni trong nước thải không cao, nhỏ hơn 100mgN/l như trong nước
thải sinh hoạt hoặc nước nuôi thủy sản thì phương pháp vi sinh là thích hợp. Nồng độ
amoni nằm trong khoảng 100 – 5000 mgN/l như trong nước thải từ quá trình phân hủy
bùn (vi sinh) thì phương pháp được cho là khả dĩ vẫn là phương pháp vi sinh. Kết luận
này được đưa ra sau rất nhiều công trình nghiên cứu sâu sắc và toàn diện. Phương pháp
bốc hơi hoặc kết tủa dưới dạng struvite cũng là phương án khả dĩ song giá thành không
thuận lợi.
- Nước thải có nổng độ amoni cao, lớn hơn 5000 mgN/l có thể xử lí theo
phương pháp hóa lý sẽ thuận lợi cả về kỹ thuật và kinh tế. Đã có hệ thống công nghiệp
được xây dựng để xử lí nước thải chứa 1,5 % NH 3 bằng phương pháp sục khí nóng để
bốc hơi amoni và thu hồi NH3 từ pha khí.
Cho tới nay phương pháp sinh học được sử dụng rộng rãi hơn các phương pháp
khác.
1.5. Kỹ thuật xử lý hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp sinh học
1.5.1. Khái quát về phương pháp xử lý sinh học.
Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học thực chất là tách các chất ô
nhiễm ra khỏi nước hoặc chuyển hóa chúng thành những chất không độc hoặc ít độc
hơn. Các chất tan trong nước là đối tượng chính trong xử lí nước thải. Trong quá trình
Sv: Nguyễn Thị Thuận

13


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

xử lí sinh học, một phần chất tan gây ô nhiễm được chuyển hóa thành sinh khối, được
tách ra dưới dạng chất rắn thông qua các kĩ thuật thích hợp như lắng, lọc, một phần
được chuyển hóa thành các chất không độc thông qua các phản ứng sinh hoá xảy ra
trong tế bào của vi sinh vật.
Quá 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 quá trình xử lí nước thải gồm vi khuẩn, tảo, động
vật nguyên sinh, động vật, thực vật bậc thấp 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 thải là: Nitrosomonas, Nitrosococus, Nitrosospira, Nitrosolobus...
Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus…Trong các loài vi khuẩn đó thì Nitrosomonas và
Nitrobacter là 2 loại phổ biến nhất tham gia vào quá trình xử lý nước thải. 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 yêu cầu về môi trường riêng biệt cho sự sinh trưởng như pH,
nhiệt độ, oxi hòa tan.
1.5.2. Các kỹ thuật xử lý hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp sinh học.
Để xử lí nguồn ô 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 lọc sinh
học, kĩ thuật nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, lọc tầng tĩnh, tầng chuyển động…
1.5.2.1. 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 trôi theo dòng chảy. Yếu điểm của kĩ thuật lọc
sinh học là hiệu quả xử lí không 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
Sv: Nguyễn Thị Thuận

14


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

trình chuyển khối rất chậm, đặc biệt là quá trình khuếch tán qua màng nên thường là
yếu tố khống chế toàn bộ tiến trình động học xử lí nước thải.
1.5.2.2. Kỹ thuật lọc nhỏ giọt.
Lọc nhỏ giọt là kĩ thuật thông 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),
không khí sục vào hệ xử lý.
Tầng lọc chất rắn là tầng cố định, thường là vật liệu bằng đá với kich thước 520 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. Không khí thâm
nhập vào bể lọc từ phía đáy lên trên tạo ra dòng khá ổn định. 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.
1.5.2.3. Đĩa quay sinh học.
Đĩa quay sinh học là thiết bị được gắn rất nhiều đĩa hình tròn 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 1-4mm 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 không 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 thô nhám, chứa ít vi sinh vật dạng sợi. Diện
tích riêng của thiết bị (dùng nhựa polyethylen) đạt 121m 2.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 thiết
Sv: Nguyễn Thị Thuận

15


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

bị 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.
1.5.2.4. Kỹ thuật tầng linh động
Kỹ thuật tầng linh động hay lưu thể sử dụng vật liệu mang có kích thước nhỏ,
thường là cát với kích thước 0.5 mm, vật liệu này chuyển động hỗn loạn trong nước.
Nhờ có diện tích bề mặt lớn, vi sinh có điều kiện bám dính và phát triển trên đó với tốc
độ cao và thúc đẩy tốc độ oxi hóa BOD.
Tuy vậy vận hành hệ thống hoàn toàn không đơn giản và kinh nghiệm thiết kế
cũng như vận hành được tích lũy chưa nhiều. Tuy nhiên tiềm năng sử dụng kỹ thuật
này rất lớn.
1.5.2.5. Kỹ thuật tầng chuyển động

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, ngoài biện pháp sử dụng
dòng chảy mạnh còn có thể áp dụng biện pháp khuấy cơ học hoặc 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.
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 không đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao mà vẫn đạt hiệu quả
xử lý như mong muốn. Do đó trong bài báo cáo này tôi đi sâu nghiên cứu xử lý amoni
bằng kỹ thuật vi sinh tầng chuyển động.
1.6. Ảnh hưởng của chất lượng nước đến nuôi trồng thủy sản.
Chất lượng nước nuôi trồng thủy sản được đặc trưng qua một tập hợp các thông
số: nhiệt độ, pH, độ muối, độ kiềm, oxy hòa tan, cacbon dioxit, độ cứng, ammoniac,
amoni, nitrit, nitrat, …

Sv: Nguyễn Thị Thuận

16


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

1.6.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến nuôi trồng thủy sản. Vật nuôi
chỉ thích nghi trong một khoảng nhiệt độ nào đó, khoảng nhiệt độ tốt để phát triển

thường rất hẹp. Cá tôm dễ bị sốc do nhiệt, do vậy khi chuyển và thả cá giống cần phải
giúp chúng có điều kiện để thích nghi. Nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng nhiễm bệnh
của vật nuôi tác động đến quá trình sinh hóa trong ao hồ cũng như phản ứng hóa học
trong môi trường. Tôm cá không thay đổi nhiệt độ theo môi trường bên ngoài, chúng
vẫn giữ nguyên nhiệt độ 37,50C dù môi trường bên ngoài có thể lạnh như vùng Bắc cực
hoặc nóng như miền sa mạc. Nhiệt độ ảnh hưởng đến hô hấp, tiêu thụ thức ăn, đồng
hóa thức ăn, sự tăng trưởng,… Nhiệt độ thay đổi theo mùa, vì thế tại miền Nam Việt
Nam có thể nuôi tôm quanh năm trong khi miền Bắc chỉ khai thác được vào mùa nóng.
Trong một hệ xử lý vi sinh, sự thay đổi nhiệt độ tác động đồng thời lên rất nhiều
quá trình: trao đổi chất của cơ thể sinh vật, phản ứng sinh hóa, quá trình vật lý (ví dụ
chuyển khối do khuyếch tán).
1.6.2. Ảnh hưởng của độ muối.
Độ muối trong nước là tổng hàm lượng tất cả các ion vô cơ trong nước như:
Ca , Mg2+, Cl-, SO42-, … Trong cơ thể tôm, cá sống trong nước ngọt hàm lượng muối
thấp hơn nhiều so với bên ngoài nên chúng phải hấp thu muối giữ lại trong cơ thể.
Ngược lại tôm cá sống trong nước mặn cao hơn nhiều so với bên ngoài môi trường vì
vậy chúng phải tìm cách thoát ra ngoài, ngăn chặn sự xâm nhập của muối vào cơ thể.
Các loài tôm cá sống trong môi trường nước mặn dễ sống sót hơn trong môi trường
nước ngọt. Độ muối thích hợp cho từng loại khác nhau, tôm, cá sống trong điều kiện
thích hợp về độ muối sẽ sinh trưởng và phát triển tốt.
2+

1.6.3. Ảnh hưởng của pH.
pH của nước thể hiện độ chua (axit) và độ chát (kiềm) của nước. pH là yếu tố
tác động gián tiếp đến đời sống của thủy động vật: ảnh hưởng đến quá trình cân bằng
sinh học, sinh hóa, và hóa học xảy ra trong môi trường nước.

Sv: Nguyễn Thị Thuận

17

ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

pH có tác động lên động vật thủy sinh thông qua các quá trình hóa học: pH cao
làm tăng nồng độ amoni (dạng trung hòa) có tính độc cao, ngược lại làm tăng nồng độ
sunfua (S2-) ít gây độc với thủy động vật.
Đối với hệ xử lý vi sinh, pH tối ưu để vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt là
pH = 7,6 – 8,6.
1.6.4. Ảnh hưởng của độ kiềm.
Độ kiềm của nước trong tự nhiên được quyết định chủ yếu bởi thành phần
bicacbonat.
Thủy động vật có thể sống trong khoảng độ kiềm rộng. Độ kiềm không tác động
trực tiếp lên đời sống thủy động vật, chúng tác động gián tiếp như: đóng vai trò đệm,
tác động đến sự phát triển của thủy thực vật, có thể làm biến đổi độc tính của kim loại
nặng.
Trong tế bào vi sinh vật nước chiếm 80%, 20% khối lượng là chất khô, trong
chất khô thành phần hữu cơ chiếm khoảng 90%, còn 10% là các chất vô cơ. Trong đó
hàm lượng carbon chiếm 53%, nitơ chiếm 12%.
1.6.5. Ảnh hưởng của độ cứng.
Độ cứng của nước được hiểu là nồng độ canxi và magie trong nước. Trong nước
ngọt thì hàm lượng canxi thường cao hơn magie. Trong nước biển thì ngược lại nồng
độ magie cao hơn canxi khoảng 4 lần. Mức độ cứng của nước được quyết định từ
nguồn nước, nơi tiếp xúc và nước chảy ra.
Canxi trong nước có tác dụng làm vật liệu xây dựng cơ thể tôm, tuy nhiên lượng
canxi cần thiết trên cũng có thể lấy từ thức ăn. Vì lý do trên mà phần lớn thủy sản có
thể sống trong nước có độ cứng thay đổi trong khoảng rộng.
1.6.6. Ảnh hưởng oxy hòa tan (DO).

Oxy hòa tan trong nước thường là thiếu trong các hồ nuôi thâm canh. Thiếu oxi
gây tác hại: vật nuôi lười ăn, lớn chậm và có thể chết. Đầy đủ oxy tôm cá lớn nhanh ít
bệnh tật, mức oxy gây chết với tôm là 0,5 – 1,0 mg/l.

Sv: Nguyễn Thị Thuận

18


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Trong ao hồ nuôi thâm canh, lượng oxy hòa tan có thể dao động từ 4 -15 mg/l
trong ngày. Nồng độ oxy quá mức bão hòa cũng không tốt. Nồng độ oxy siêu bão hòa
300% sẽ gây độc và sốc bởi bọt khí đối với tôm cá.
1.6.7. Ảnh hưởng của nhu cầu oxy hóa học (COD).
Nhu cầu oxy hoá học (COD) là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hoàn
toàn các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O bằng tác nhân oxy hóa mạnh.
Trong thực tế COD được dung rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất
hữu cơ có trong nước do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với việc xác định
BOD.
1.6.8. Ảnh hưởng của amoniac.
Ammoniac là chất bài tiết từ cơ thể động vật, thức ăn thừa, phân hủy tảo, phân.
Trong ao hồ nuôi bằng thức ăn tổng hợp thì ammoniac có nguồn gốc từ thức ăn là rất
lớn.
1.6.9. Ảnh hưởng của nitrit.
NO2- là tác nhân gây độc, gây ra máu nâu. Trong ao hồ hoạt động bình thường
hàm lượng là thấp. Nồng độ nitrit chỉ tăng cao khi có hiện tượng tảo chết hàng loạt
hoặc thức ăn và phân tích tụ nhiều ở đáy ao.

1.6.10. Ảnh hưởng của nitrat.
Nitrat là loại hợp chất ít độc và thường có hàm lượng không cao

Sv: Nguyễn Thị Thuận

19


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Chương 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
2.1.1. Đối tượng, phạm vi và mục tiêu nghiên cứu
a. Đối tượng
Chủng giống vi sinh vật có khả năng chuyển hóa hợp chất N, ở nồng độ muối
khác nhau, các nguyên liệu hữu cơ chứa N .
b. Phạm vi nghiên cứu
Phòng thí nghiệm và trong nhà kính.
c. Mục tiêu nghiên cứu.
 Dài hạn: Nghiên cứu khả năng xử lý amoni của vi sinh trong môi trường nước

mặn bằng phương pháp tầng vi sinh chuyển động (Moving Biofilm Bed
Reactor).
 Trước mắt: Khảo sát sự ảnh hưởng của độ muối lên tốc độ phát triển của vi sinh.
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu.
 Phương pháp điều tra thu thập số liệu

- Phương tiện thông tin.

- Các báo cáo liên quan tới nội dung nghiên cứu.
 Phương pháp tham khảo kế thừa

Dựa vào kết quả điều tra hiện có, tài liệu nghiên cứu của các nhà khoa học có
liên quan để kết quả nghiên cứu mang tính khách quan hơn.
 Phương pháp xử lý số liệu

- Xử lý số liệu trên phần mềm máy tính như Excel.


Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm

Sv: Nguyễn Thị Thuận

20


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Với đặc trưng nước thải nuôi trồng thủy sản là nồng độ chất ô nhiễm (amoni và
hữu cơ) thấp, độ mặn cao tôi đã lựa chọn phương pháp vi sinh để xử lý với những ưu
điểm thân thiện với môi trường, hiệu quả xử lý cao.
2.2. Tiến trình thực nghiệm.
2.2.1. Chuẩn bị hóa chất.
Nguồn thức ăn bổ sung cho vi sinh vật được pha từ các hóa chất: nguồn nitơ
được pha từ NH4Cl hoặc (NH4)2CO3, cung cấp các dinh dưỡng cần thiết như C, P, Mg,
… trực tiếp vào nước cho vi sinh vật hấp thu.
Bảng 3.1: Hàm lượng hóa chất tương ứng để pha chế mẫu nước tương tự nguồn

thải nuôi thủy sản.
Tên hóa chất

Hàm lượng

Cho ăn

(NH4)2CO3

25,7g/1,5l nước

40ml/20lnước mặn

NH4Cl

28,7g/1,5l nước

40ml/20l nước mặn

NaHCO3

70g/1,5l nước

50ml/20l nước mặn

Na2HPO4.2H2O

30g/1,5l nước

2ml/20ml nước mặn

Nước máy

86l

Độ muối được pha từ NaCl theo các nồng độ muốn khảo sát tương ứng là 15‰,
20‰ , 25‰ và 30‰.
2.2.2. Nuôi cấy vi sinh vật.
Nguồn vi sinh vật được lấy từ trạm xử lý nước thải đem về thuần dưỡng để phân
lập nguồn vi sinh tự dưỡng (Nitrifier) và nuôi trong điều kiện chứa chất dinh dưỡng
thông dụng ở điều kiện hiếu khí (nồng độ oxi hòa tan DO ≥ 6 mg/l trên vật liệu mang
để các vi sinh vật bám dính, sinh trưởng và phát triển trên đó. Sử dụng vật liệu mang
có hình khối lập phương có kích thước 1 x 1 x 1 cm, độ xốp 98%, diện tích bề mặt
khoảng 6000m2/m3.

Sv: Nguyễn Thị Thuận

21


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Thời gian cho vi sinh vật phát triển khoảng 2 tháng ở nhiệt độ 30 ± 3 0C trong
môi trường nước ngọt. Sau đó chúng tiếp tục nuôi ở các nồng độ muối tăng dần từ
15‰, 20‰, 25‰ và 30‰ trong một thời gian đến khi vi sinh vật phát triển ổn định,
sau đó đem đi khảo sát.
Bổ sung nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật từ các hóa chất vừa pha: N, P, Mg,
C, … cho vi sinh vật hấp thụ.

2.2.3. Chuẩn bị thiết bị phản ứng.
Sau đây là mô hình tổng thể của kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động:

Hình 1.2: Mô hình công nghệ xử lý màng vi sinh tầng chuyển động.

 Bố trí thí nghiệm:

15
Sv: Nguyễn Thị Thuận
‰

20‰

25
‰

30‰

22


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Bình p/ư

Hình

Đầu ra

Khoa Môi trường

Bình p/ư

1.3: Sơ

Đầu ra

Bình p/ư

đồ thí

Đầu ra

Bình p/ư

nghiệm

Đầu ra

 Miêu tả thí nghiệm:

Nước đầu vào:
+ Nồng độ (NH4 - N) = 10 mg/L
+ Kiềm: (HCO3 -) = 86 mg/L
+ Độ muối khác nhau từ 15‰, 20‰, 25‰, 30‰
Bình phản ứng:
+ Các thí nghiệm được thực hiện trong bình nhựa có thể tích làm việc 6 lít.
+ Sục khí 2 bên từ đáy lên, đảm bảo cung cấp đủ và ổn định lượng O 2 cho hệ, và
cho vật liệu chuyển động đều.
+ Vật liệu mang có kích thước 1 x 1 x 1 cm, chiếm 15% thể tích của bình.

+ Đảm bảo lưu lượng đầu vào ở các bình là như nhau
Đầu ra: được lấy kiểm tra các chỉ số: NH 4, NO2, NO3 hàng ngày bằng các
phương pháp phân tích đặc trưng cho nước mặn sẽ được trình bày bên dưới.
Kiểm soát lượng cơ chất (amoni) đã cho ăn, và lượng amoni tiêu thụ của vi sinh
sau các khoảng thời gian (5 ngày), xác định mật độ vi sinh ngày 1, và ngày 5. Từ đó
xác định được hiệu suất sinh khối:
Sv: Nguyễn Thị Thuận

23


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Y = X/N
(X - sinh khối sinh ra; N - cơ chất tiêu thụ)
Trong giai đoạn phát triển ồ ạt của vi sinh, tốc độ tăng trưởng của vi sinh có đặc
trưng tuyến tính theo thời gian, tức là:
X = Xo . eμt
(Xo - mật độ vi sinh tại thời điểm t o; X- mật độ vi sinh tại thời điểm t; μ - hằng số
phát triển riêng của vi sinh).
Xác định được X, Xo và t bằng thực nghiệm
Suy ra:

μ = 1/t . ln(X/Xo)

Mặt khác theo phương trình Monod (trong trường hợp đã tối ưu hoá các điều
kiện DO, pH, nhiệt độ ...) chỉ xét sự ảnh hưởng của cơ chất lên tốc độ sinh trưởng của
vi sinh:

μ = μmax.N
N + Ks
(μmax - tốc độ phát triển cực đại; N - nồng độ cơ chất; Ks - hằng số bán bão hoà)
Bằng phương pháp đồ thị Lineweaver - Burke, xác định được μ maxvà Ks
Trong thời gian khảo sát, kết hợp chụp ảnh SEM (Scanning Electron
Microscope) để kiểm tra sự có mặt của vi sinh trong vật liệu mang bằng hình ảnh.
 Thời gian dự kiến: 3 tháng

2.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong nước.
2.3.1. Xác định pH bằng phương pháp điện thế.
Phép đo thông dụng và tiêu chuẩn hiện nay là phép đo điện thế, sử dụng máy đo
pH điện cực thuỷ tinh.
Thế của điện cực thuỷ tinh phụ thuộc tuyến tính vào pH của dung dịch. Vì vậy
để xác định pH của nước, người ta dùng các máy đo pH với điện cực thuỷ tinh. Độ
chính xác của phương pháp đo phụ thuộc vào chất lượng của điện cực thuỷ tinh và chất
lượng của các loại máy đo pH.
Sv: Nguyễn Thị Thuận

24


ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Khoa Môi trường

Các kết quả xác định còn phụ thuộc vào nhiệt độ của nước(vì thế điện cực hydro
phụ thuộc vào nhiệt độ), tuy vậy với các máy đo đời mới thì ảnh hưởng này được loại
trừ thông qua một bộ phận bổ chỉnh cài đặt sẵn trong máy.
Phương pháp đo điện thể có ưu điểm là không bị ảnh hưởng bởi một loạt các
yếu tố như màu sắc, độ đục cũng như sự có mặt của nhiều chất oxy hoá- khử và các

chất lạ khác.
Thiết bị



Máy đo pH
Điện cực thuỷ tinh

Hoá chất


Các dung dịch chuẩn: pH = 4,01; 7,01; 10,01



Các dung dịch bảo quản: KCl 1M ( 75 g/l ).

Các dung dịch pH tiêu chuẩn không bền cần được bảo quản lạnh và nút kín,
tránh hấp thu khí CO2. Thời gian sử dụng không được lâu, tối đa chỉ nên sử dụng trong
2 tháng. Có thể pha các dung dịch này từ hoá chất tinh khiết.
Thủ tục xác định
Trước khi đo, máy pH phải được sấy bằng cách bật máy trước 30 phút, kiểm tra
độ nhạy của máy, chuẩn máy bằng các dung dịch pH tiêu chuẩn. Sau đó đo pH của
mẫu theo sự hướng dẫn của máy
Chú ý:
Sau mỗi lần đo cần rửa sạch điện cực bằng nước cất (bằng cách tia nước) và
thấm khô bằng giấy lọc mềm rồi nhúng điện cực vào trong cốc đựng dung dịch
KCl bão hoà.
 Máy cần được để trong phòng khô, thường xuyên sấy máy bằng cách cho máy
hoạt động.

 Điện cực luôn được ngâm trong cốc đựng dung dịch KCl bão hoà. Thường
xuyên bổ sung nước vào cốc, không được để nước cạn khô và tính thể KCl bám
trên điện cực. Không để điện cực bị khô và không ngâm trong nước cất, nước
mưa.


Sv: Nguyễn Thị Thuận

25