ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC PILE FABRICS

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
-----------***-----------

ĐỀ CƯƠNG
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ TRONG
NƯỚC RỈ RÁC BẰNG MÔ HÌNH SNAP
GIÁ THỂ ACYLIC PILE FABRICS
Bộ môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học
GVGD: TS. Lê Xuân Hải
Học viên: Lê Thị Diệu Linh
Mã số: 201320031

Năm 2013



ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

1 MỤC LỤC
1 MỤC LỤC...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU..........................................................................................2
1.1 Đặt vấn đề.........................................................................................................2
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................................3
1.3 Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................3
1.4 Nội dung nghiên cứu........................................................................................3
1.5 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................3
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.........................................................................4
1.7 Tính mới của đề tài...........................................................................................4
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC QUÁ TRÌNH LOẠI BỎ NITƠ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC.....................................................................................5

2.1 Quá trình nitrat hóa và khử nitrat.....................................................................5
2.2 Quá trình sinh học mới loại bỏ nitơ.................................................................8
2.3 Một số nghiên cứu liên quan đến quá trình SNAP........................................15
CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................17
1.1 Mô hình nghiên cứu.......................................................................................17
1.2 Giá thể sinh học..............................................................................................18
1.3 Sinh khối SNAP.............................................................................................18
1.4 Nước thải nhân tạo.........................................................................................19
1.5 Điều kiện hoạt động.......................................................................................20
1.6 Phương pháp phân tích...................................................................................21
2 KẾT QUẢ VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU.................................................22
2.1 Giai đoạn thích nghi (start-up).......................................................................22
2.2 Giai đoạn nitrit hóa bán phần và anammox (SNAP).....................................22
2.3 Thời gian nghiên cứu.....................................................................................22
3 CÁC CHƯƠNG MỤC DỰ KIẾN CỦA LUẬN VĂN....................................24
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................26

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 1


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Trong khoảng thời gian trước đây, hầu hết các công trình xử lý nước thải ở Việt
Nam đều tập trung chủ yếu đến việc xử lý các chỉ tiêu SS, BOD, COD, Coliforms.
Hiện nay, các nhà quản lý Môi trường ngày càng quan tâm đến chất lượng các nguồn
nước xả thải ra môi trường đặc biệt là sự kiểm soát quá trình phú dưỡng hóa trên
nguồn tiếp nhận nước thải, vì vậy thêm hai chỉ tiêu được mọi người quan tâm xử lý
khá nhiều đó là nồng độ N, P trong nước thải.
Thực tến hiện nay, chất lượng nước đầu ra trong các công trình xử lý nước thải
hầu như không ổn định đặc biệt là hàm lượng nitơ. Công nghệ hiện tại cho việc xử lý
nitơ dựa trên quá trình nitrat hóa – khử nitrat truyền thống, công nghệ này bọc lộ rõ
nhược điểm đó là hiệu quả không ổn định và chi phí vận hành cao (cần bổ sung cơ
chất cho quá trình và tiêu thụ nhiều năng lượng). Chính vì vậy việc nghiên cứu công
nghệ xử lý mới có hiệu quả cao, chi phí thấp để xử lý hàm lượng nitơ trong nước thải
là một yêu cầu cấp thiết.
Năm 1995, các nhà khoa học đã khám phá ra một quá trình sinh học với sự chuyển
hóa nitơ mới chưa từng biết đến trước đó cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm, đó là phản
ứng oxy hóa kỵ khí Ammonium (Anaerobic ammonium oxidation, viết tắt là
Anammox) (Mulder và cộng sự, 1995). Trong phản ứng này Ammonium được oxy
hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hữu cơ để tạo thành nitơ
phân tử. Sự phát triển quá trình Anammox đã mở ra hướng phát triển kỹ thuật xử lý
nitơ mới, đặc biệt có ý nghĩa đối với nước thải có hàm lượng nitơ cao và chất hữu cơ
thấp.
Trong vòng hai thập niên vừa qua đã bùng nổ các nghiên cứu có liên quan đến quá
trình Anammox và ứng dụng của nó. Trên thực tế, nghiên cứu ứng dụng quá trình
Anammox trong xử lý nước thải giàu Ammonium chỉ được tiến hành một cách mạnh
mẽ từ năm 2004 đến nay. Còn trong giai đoạn từ 1994 đến 2004, phần lớn tập trung
vào nghiên cứu cơ bản nhằm định hướng cho triển khai ứng dụng (Jetten và cộng sự,
2004). Quá trình Anammox đã được ứng dụng thành công đối với cả nước thải sinh
hoạt lẫn nước thải công nghiệp thuộc da ở Hà Lan, Đức, Áo (Gut, 2006), (Szatkowska,
2007). Tuy nhiên, Việt Nam có rất ít ứng dụng quá trình Anammox để xử lý nitơ với
nồng độ cao trong nước thải.

Các quá trình ứng dụng khử nitơ đã được nghiên cứu trước đó là SHARON –
Anammox (Single reactor system for High activity Ammonia Removal Over Nitrite Anaerobic ammonium oxidation); CANON (Completely Autotrophic N-removal Over
Nitrite) (Strous, 2000); OLAND (Oxygen Limitted Autotrophic Nitrification –
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 2


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
Denitrification). Và trong giai đoạn gần đây, quá trình xử lý nitơ mới đã được nghiên
cứu đó là SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial
nitritation). Việc nghiên cứu ứng dụng quá trình SNAP trong xử lý nước thải có nồng
độ amonium cao có tính khả thi và chính vì vậy đề tài nghiên cứu: “Đánh giá hiệu
quả xử lý nitơ trong nước rỉ rác bằng mô hình SNAP với giá thể Acylic Pile
Fabrics” mang lại ý nghĩa thiết thực.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Phát triển quá trình sinh trưởng bám dính dựa vào sự kết hợp của phản ứng nitrit
hóa bán phần và phản ứng anammox trong một bể phản ứng (SNAP - Single-stage
Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation) để loại bỏ nitơ từ nước thải
tổng hợp mô phỏng nước rỉ rác đã qua xử lý hữu cơ với hàm lượng amonium cao sử
dụng loại vật liệu mang Acylic Pile Fabrics.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Trong điều kiện phòng thí nghiệm, nên đối tượng nghiên cứu tập trung chủ yếu
vào:
- Nguyên tắc cơ bản của quá trình SNAP và phương pháp vận hành.
- Nước thải tổng hợp mô phỏng nước rỉ rác đã qua xử lý hữu cơ (BOD 5, COD) với
hàm lượng N-NH4+ cao.
- Làm giàu sinh khối bằng vật liệu mang Acylic Pile Fabrics.
1.4 Nội dung nghiên cứu

- Thiết kế và lắp đặt mô hình thí nghiệm SNAP.
- Tạo điều kiện thích hợp để làm giàu sinh khối nitrit hóa (AOB), Anammox giúp
quá trình SNAP diễn ra hiệu quả.
- Xác định hiệu quả xử lý của quá trình SNAP.
- Xác định ảnh hưởng của tải trọng Nitơ đến hiệu quả xử lý của quá trình SNAP.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
- Tổng quan tài liệu đã nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ xử lý nitơ
trong các loại nước thải, thiết bị xử lý và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nitơ
ammonium bởi nhóm vi khuẩn Nitrit hóa và Anammox.
- Phương pháp thực nghiệm mô hình, nghiên cứu trên mô hình.
- Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu.
- Phương pháp tính toán và xử lý số liệu.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 3


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Về mặt khoa học, kết quả nghiên cứu của mô hình là cơ sở lý thuyết để đánh giá
khả năng thích nghi, sinh trưởng và phát triển của nhóm vi khuẩn Nitrit hóa và
Anammox trong môi trường nước thải nhân tạo, tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn
các yếu tố, thành phần ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nitơ nhằm tạo tiền đề cho việc
nghiên cứu ứng dụng công nghệ SNAP để loại bỏ nitơ trong các loại nước thải khác
nhau.
- Kết quả của đề tài cũng là cơ sở để triển khai ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước
thải có nồng độ Amonium rất cao từ một số lĩnh vực chăn nuôi, công nghiệp như:
Nước thải từ lò mổ, nước thải từ chế biến nước tương, nước rỉ rác, các xí nghiệp chế

biến thủy sản, chăn nuôi heo, nhà máy chế biến tinh bột sắn, thực phẩm và một số
ngành nghề khác,…
1.7 Tính mới của đề tài
Nghiên cứu quá trình SNAP để xử lý nước thải nhân tạo chứa nitơ amonium có
nồng độ cao đã được thực hiện khá nhiều trên thế giới. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tại
Việt Nam chưa nhiều và còn hạn chế. Do vậy, đề tài này góp phần tạo thêm cơ sở cho
các nghiên cứu tiếp theo.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 4


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC QUÁ TRÌNH LOẠI BỎ NITƠ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Trong những hệ thống xử lý nước thải đô thị (thường là những hệ thống bùn hoạt
tính), việc loại bỏ nitơ được thực hiện trong suốt quá trình loại bỏ những thành phần
hữu cơ. Tuy nhiên, những hệ thống đặc biệt cần đạt hiệu quả loại bỏ nitơ từ nguồn
nước thải giàu ammonium. Công nghệ nitrat hóa – khử nitrat truyền thống đã được áp
dụng trong một khoảng thời gian dài trước đây nhưng công nghệ này bọc lộ rõ nhược
điểm như hiệu quả không ổn định và chi phí vận hành cao (cần bổ sung cơ chất cho
quá trình và tiêu thụ nhiều năng lượng). Trong những năm gần đây, có nhiều nghiên
cứu công nghệ mới có hiệu quả cao, chi phí thấp dựa trên sự kết hợp của quá trình
nitrit hóa bán phần và Anammox để xử lý hàm lượng nitơ trong nước thải.
2.1 Quá trình nitrat hóa và khử nitrat
2.1.1. Quá trình nitrat hóa
Quá trình Nitrate hóa được thực hiện bởi các nhóm vi khuẩn Nitrosomonas

(N.europasa, N.oligocar bogenes, Nitrosopira, Nitrosococcus, và Nitrosolobus) oxy
hóa ammonium thành nitrit thông qua hydroxylamin NH 2OH với xúc tác của enzym
AMO theo phương trình phản ứng (2-1) và oxy hóa tiếp theo tạo thành nitrit bởi
enzym HAO phản ứng (2-2).
Đầu tiên Ammonium được thủy phân thành Hydroxylamine bằng enzyme AMO
(Ammonium Mono - Oxygenase).
Sau đó Hydroxylamine được oxy hóa thành Nitrite nhờ enzyme HAO
(Hydroxylamine Oxidoreductase).
Quá trình này sinh ra năng lượng và được vi khuẩn sử dụng để đồng hoá CO 2 cho
hoạt động sống của chúng.
2NH4+ +

O2 = 2NH2OH + 2H+

(2-1)

NH4+ + 1,5O2 = NO2- + H2O + 2H+ + 275KJ
Hoặc
2NH3 + 3O2

Nitrosom
onas

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

(2-2)

2HNO2 + 2H2O

Page 5

ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

Hình 2.1 Cơ chế chuyển hóa ammonium ở vi khuẩn Nitrosomonas europaea
- AMO: Enzym chuyển hóa ammonium thành hydroxylamin
- HAO: Enzym chuyển hóa hydroxylamin thành nitrit
2.1.2. Quá trình khử nitrat hóa
Quá trình khử Nitrate thường trải qua một số sản phẩm trung gian:
NO3-

NO2

NO

NO2- + 0,5O2

N 2O
NO3-

N2
Nitrobac

ter

Hình 2.2 Cơ chế chuyển hóa của vi khuẩn khử nitrate
2.1.3. Hệ thống kết hợp quá trình nitrat hóa – khử nitrat hóa
Quá trình loại Nitơ thông thường được thực hiện bởi hai chủng vi khuẩn là
Nitrosomonas và Nitrobacter để sản xuất năng lượng. Năng lượng thu được từ hai

phản ứng trên hoặc từ phản ứng tổng hợp rất thấp: 57kcal/mol cho phản ứng hình
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 6


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
thành Nitrite và 19kcal/mol cho phản ứng hình thành Nitrate, thấp hơn nhiều so với
phản ứng oxy hóa do vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng thực hiện: năng lượng thu được từ
phản ứng oxy hóa axit Axetic là 207kcal/mol. Đó là lý do dẫn tới hiệu suất sinh khối
của sinh vật tự dưỡng thấp hoặc tốc độ phát triển của chúng chậm. Nitrosomonas và
Nitrobacter thuộc loại vi sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng nguồn Carbon vô cơ (chủ
yếu là HCO3+, CO2) cùng các chất dinh dưỡng (N, P, vi lượng,...) để xây dựng tế bào.
Thành phần Nitơ được ưa chuộng nhất để xây dựng tế bào là Ammonium. Thành phần
oxy trong tế bào (C5H7O2N) được lấy từ HCO3- hoặc CO2.
Oxy hóa Ammonium gồm hai phản ứng kế tiếp nhau nên tốc độ oxy hóa của cả
quá trình bị khống chế bởi giai đoạn có tốc độ chậm hơn. Từ các kết quả nghiên cứu
cho thấy tốc độ phát triển của Nitrosomonas chậm hơn so với Nitrobacter vì vậy nồng
độ Nitrite thường thấp hơn trong giai đoạn ổn định, chứng tỏ rằng giai đoạn oxy hóa
Ammonium thành Nitrite là bước quyết định tốc độ phản ứng oxy hóa đối với một hệ
xử lý hoạt động bình thường. Mặc dù đã được phát triển từ lâu và hiện vẫn đang được
ứng dụng rộng rãi, nhưng hệ nitrat hóa – khử nitrat (N/DN) vẫn bộc lộ nhiều hạn chế,
nhất là đối với việc xử lý nước thải có hàm lượng nitơ cao và carbon thấp như nước rỉ
rác, nước lắng bể phân hủy bùn, nước sau bể biogas, . . . vì cả hai giai đoạn nitrat hóa
và khử nitrat xảy ra trong hai điều kiện ngược nhau: hiếu khí – thiếu khí, tự dưỡng – dị
dưỡng. Do vậy, hai giai đoạn phải tiến hành trong các bể phản ứng riêng biệt, sự vận
hành và kiểm soát quá trình hoạt động của hệ xử lý nitơ truyền thống trở nên phức tạp.
Trong khi ở giai đoạn nitrate hóa cần duy trì DO tối thiểu là 2 mg/lít thì ở giai đoạn
khử nitrat phải khống chế DO tới mức dưới 0,5 mg/lít.

Điều kiện DO > 0,6 mg/l, hoạt động oxy hoá Ammonium của vi khuẩn
Nitrosomonas đã diễn ra bình thường.
Ngoài ra, quá trình Nitrite hoá còn có sự tham gia của các vi khuẩn oxy hoá
Ammonium khác như: Nitrosopira, Nitrosococcus, Nitrosolobus.
Để quá trình Nitrite hoá diễn ra hiệu quả cần tạo được môi trường sống thích hợp
cho vi sinh vật oxy hoá Ammonium thành Nitrite như: pH, nhiệt độ, nồng độ oxy hoà
tan, nồng độ Ammonium, tỉ số COD/TNK, các hợp chất ức chế khác (kim loại nặng,
Phenol, dầu mỡ,...).
Một phần Amoni bị đồng hóa thành sinh khối tế bào. Phản ứng tổng hợp sinh khối
như sau:
4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O  C5H7O2N + 5O2

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 7


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
2.2 Quá trình sinh học mới loại bỏ nitơ
2.2.1. Quá trình Anammox
a. Giới thiệu
Đối với nhiều loại nước thải có hàm lượng các chất dinh dưỡng (nitơ và photpho)
trung bình và cao thì việc xử lý để loại bỏ chúng trước khi xả vào môi trường đang là
nhu cầu bức thiết hiện nay. Nguy cơ tác động lớn nhất khi xả nước thải giàu nitơ,
photpho vào các thủy vực là sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng. Hậu quả của phú
dưỡng là kích thích sự phát triển mạnh các loài tảo, làm phá vỡ chuỗi thức ăn ổn định
của các hệ sinh thái thủy vực, gây ô nhiễm nước và làm bồi cạn các thủy vực.
Các hệ thống xử lý nước thải bậc 2 thông thường được thiết kế để loại các chất
hữu cơ (đánh giá qua các thông số BOD 5, COD), thường chỉ loại được một phần nitơ.

Do vậy, việc loại nitơ phải được tiến hành ở các giai đoạn tiếp theo sau, đó là xử lý
bậc cao. Công nghệ sinh học truyền thống để xử lý nitơ lâu nay là dựa vào sự kết hợp
của 2 quá trình: Nitrat hóa và khử nitrat. Do công nghệ xử lý truyền thống này có
những hạn chế nhất định nên việc cải tiến công nghệ xử lý nitơ đã được quan tâm vào
thập niên cuối của thế kỷ 20.
Năm 1995, phản ứng chuyển hóa nitơ mới đã được phát hiện (Van de Graaf và
cộng sự, 1995) đó là phản ứng oxy hóa ammonium trong điều kiện kỵ khí, trong đó
Ammonium được oxy hóa bởi nitrit thành khí N 2, không cần cung cấp cacbon hữu cơ.
Sự phát hiện này đã mở ra các hướng phát triển kỹ thuật mới để xử lý nitơ trong nước
thải, đặc biệt là các loại nước thải có hàm lượng nitơ cao. Trong vòng 2 thập niên qua,
đã bùng nổ các nghiên cứu liên quan đến Anammox và ứng dụng của nó. Trên bình
diện lý thuyết, chu trình nitơ trong tự nhiên đã được bổ sung thêm một mắt xích mới,
còn trên bình diện công nghệ, đã có các nhà máy xử lý nitơ bằng quá trình Anammox
được xây dựng và vận hành ở Hà Lan, Đức, Áo (Gut, 2006), (Szatkowska, 2007).
b. Sự phát hiện phản ứng Anammox
Thật ra, phản ứng Anammox đã được dự báo từ trước khi phát hiện ra nó. Trên cơ
sở tính toán nhiệt động học (Broda, 1977), (Van de Graaf và cộng sự, 1995) đã dự báo
về sự tồn tại của các vi khuẩn tự dưỡng có khả năng oxy hóa ammonium bởi nitrat,
nitrit:
NH4+ + NO2- → N2 + NO3- + 2H2O

∆G0 = - 357kj/mol (2-3)

5NH4+ + 3NO3- → 4N2 + 2H2O + 2H+ ∆G0 = - 297kj/mol (2-4)
5NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + 2H2O ∆G0 = - 297kj/mol (2-5)
Mãi 17 năm sau minh chứng đầu tiên về phản ứng Anammox mới được phát hiện
ở một bể lắng sau bể khử nitrat trong hệ thống xử lý và bể phân hủy bùn tại Gistbrocades (Delft, Hà Lan). Qua theo dõi sự cân bằng nitơ, các tác giả đã phát hiện thấy
sự giảm đồng thời nồng độ Ammonium và nồng độ nitrat, nitrit cùng sự tạo thành nitơ
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 8


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
phân tử ở điều kiện kỵ khí (Strous và cộng sự, 1997), (Strous và cộng sự, 1998),
(Vande Graaf và cộng sự, 1996).
Nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Kỹ thuật Delft sau đó đã tiến hành các mô
tả và xác nhận ban đầu quá trình Anammox (Jetten và cộng sự, 2001), (Strous và cộng
sự, 1999). Theo đó, quá trình Anammox được xác định là một quá trình sinh học,
trong đó ammonium được oxy hóa trong điều kiện kỵ khí với nitrit là yếu tố nhận điện
tử để tạo thành nitơ phân tử với sự tham gia của vi khuẩn Anammox.
Tiếp theo đó phản ứng Anammox cũng đã lần lượt được phát hiện và nhận dạng vi
khuẩn Anammox tại các hệ thống xử lý nước thải bởi các nhà khoa học Đức (Egli và
cộng sự, 2001), Nhật Bản (Furukawa và cộng sự, 2000), Thụy Sĩ (Pynaert và cộng sự,
2002) và Bỉ (Schimid và cộng sự, 2000).
Từ sự phát hiện trên (trong nhiều hệ thống xử lý nước thải có nồng độ ammonium
cao) các nhà khoa học đi đến việc tìm kiếm các vi khuẩn tham gia quá trình Anammox
trong các hệ sinh thái tự nhiên. Thực vậy, đã chứng minh được rằng phản ứng
Anammox giữ 50% vai trò tạo khí nitơ trong trầm tích biển (Bess và cộng sự, 2003),
(Kuypers và cộng sự, 2003) tại vùng nước thiếu khí dưới đáy đại dương ở Costa Rica
(Dalsgaard và cộng sự, 2002). Các vi khuẩn Anammox thuộc một chi mới cũng phát
hiện được trong vùng nước gần đáy biển đen (Dalsgaard và cộng sự, 2002).
Trên cơ sở phát hiện mới về phản ứng Anammox và các vi khuẩn này tham gia mà
chu trình chuyển hóa nitơ tự nhiên ghi nhận trong sách giáo khoa trước nay đã được bổ
sung thêm một mắt xích mới là quá trình Anammox.
Như đã nói ở trên, Anammox là quá trình oxy hóa ammonium bởi nitrit bằng một
phản ứng hóa học đơn giản với tỷ lệ mol NH4+ : NO2- = 1:1,32.
Trên cơ sở cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ
liên tục (SBR) có tính đến sự tăng trưởng sinh khối, phản ứng trong quá trình

Anammox được xác định với các hệ số tỉ lượng như sau (Furukawa và cộng sự, 2000),
(Schimid và cộng sự, 2000):
NH4 + 1,32NO2- + 0,066HCO3 + 0,13H+ → 1,02N2 + 0,26 NO3- +
0,066CH2O0,5N0,15 + 2,03H2O (2-6)
Một lượng nhỏ nitrat tạo thành và phương trình phản ứng (2-6) đã được chấp nhận
để tính toán và giải thích về phản ứng Anammox.
c. Đặc điểm sinh trưởng và các yếu tố ảnh hưởng đến vi khuẩn Anmmox
Nhóm vi khuẩn Anammox có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 20 đến 43 0C
(tối ưu 400C), pH = 6,4 - 8,3 (tối ưu ở pH=8). Ở điều kiện tối ưu, tốc độ tiêu thụ cơ
chất riêng cực đại là 55 µm NH4-N/g.protein/phút. Ái lực với các cơ chất ammonium
và nitrit rất cao. Nhưng khi tiếp xúc với nồng độ trên 5 mM trong khoảng thời gian 12
giờ thì nhóm vi khuẩn Anammox bị mất hoạt tính hoàn toàn. Tuy nhiên hoạt tính sẽ
được hồi phục khi bổ sung một lượng rất nhỏ (50µm) một trong các sản phẩm trung
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 9


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
gian của quá trình chuyển hóa ammonium bởi các enzyme là hydrazine hay
hydroxylamine. Mặt khác hoạt tính Anammox cũng bị ức chế khi nồng độ oxy hòa tan
trong môi trường lớn hơn 0,5% (Egli và cộng sự, 2003).


Ảnh hưởng của nhiệt độ

Như các vi khuẩn tự dưỡng khác, hoạt động xử lý ammonium của vi khuẩn
Anammox cũng bị ảnh hưởng của nhiệt độ. Cho đến nay chưa có một nghiên cứu đầy
đủ nào về ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của sinh khối vi khuẩn anmmox.

(Strous và cộng sự, 1999) cho rằng sinh khối vi khuẩn Anammox hoạt động xử lý
nước thải ở 40 ± 30C và có thể không hoạt động ở 10 0C, chúng hoạt động xử lý hiệu
quả ở nhiệt độ khoảng 20 - 37 0C. Tiếp đó với kết quả khảo sát của (Egli và cộng sự,
2001) cho thấy ở 370C tăng trưởng và hoạt động xử lý ammonium của vi khuẩn
Anammox đạt hiệu quả cao nhất. Còn theo (Toh và cộng sự, 2002) thì thí nghiệm ở 37
và 550C để làm giàu sinh khối vi khuẩn Anammox. (Yang và cộng sự, 2006) cho thấy
hoạt động xử lý của sinh khối vi khuẩn Anammox đạt cao nhất ở nhiệt độ khoảng 30 350C. Trong khi (Rysgaard và cộng sự, 2004) khảo sát hoạt tính của vi khuẩn
Annamox ở nhiệt độ thấp hơn từ 1,7 đến 40C thì nhận thấy bùn sinh khối lắng xuống
đáy thiết bị. (Dosta và cộng, 2008) thu được kết quả tốt nhất khi nghiên cứu ứng dụng
vi khuẩn Anammox ở nhiệt độ từ 35- 400C và hoạt tính giảm dần trong thời gian ngắn
ở nhiệt độ 450C. (Dalsgaard và Thamdrup, 2002) nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ
đến hoạt tính vi khuẩn Anammox từ trầm tích đáy biển và kết quả loại ammonium tốt
nhất ở nhiệt độ 150C và nhận thấy hoạt tính giảm khi nhiệt độ tăng đến 250C.


Ảnh hưởng pH

(Strous, 2000) khi khảo sát ảnh hưởng của pH từ 7,5 đến 8,0 đến quá trình làm
giàu sinh khối vi khuẩn Anammox ở nhiệt độ 30 0C và sự thay đổi pH đầu vào từ 6,7
đến 8,3 hoạt tính sinh khối vi khuẩn Anammox với nhiệt độ 33 0C, cho thấy môi trường
pH đã xử lý ammonium không hẳn phụ thuộc vào pH mà ngược lại pH của môi trường
phụ thuộc vào các ion hòa tan tồn tại trong môi trường. Theo nghiên cứu của (Strous
và cộng sự, 1999) thì hoạt tính của vi khuẩn Anammox chỉ phụ thuộc vào pH môi
trường đầu vào mà không ảnh hưởng nhiều trong thời gian diễn ra phản ứng của quá
trình xử lý ammonium, do đó pH đầu ra cũng không thay đổi nhiều so với pH đầu vào.


Ảnh hưởng DO

Để nghiên cứu ảnh hưởng của DO đến hoạt tính của vi khuẩn Anammox trong quá

trình nghiên cứu xử lý ammonium (Van De Graaf và cộng sự, 1996) cho thấy hoạt
động hiệu quả của vi khuẩn Anammox trên mô hình thiết bị dạng mẻ khi DO dao động
trong khoảng 0 - 0,01 mg/l; trong khi (Strous và cộng sự, 1997) lại cho rằng vi khuẩn
Anammox hoạt động xử lý ammonium có thể thực hiện được trong môi trường không
kỵ khí hoàn toàn, vì khi ghép hai quá trình trong một thiết bị như nitrit hóa và
Anammox là SNAP thì DO trong thiết bị phản ứng loại ammonium sẽ lớn hơn 1mg/l.
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 10


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
Trong khi đó thí nghiệm của (Jenten và cộng sự, 1999) thì nghiên cứu sự thay đổi DO
của môi trường với các điều kiện 0%; 0,5 ± 0,2%; 2,1 ± 0,2%, kết quả thu được khi
DO ở thí nghiệm 0,5 ± 0,2% thì hoạt động xử lý ammonium của vi khuẩn Anammox
không còn hiệu quả.


Ảnh hưởng COD

Trên lý thuyết thì vi khuẩn Anammox thuộc nhóm vi khuẩn tự dưỡng, nên chúng
không dùng nguồn cacbon hữu cơ để phát triển. Nhưng trong thực tế thì trong các
nguồn nước thải luôn luôn tồn tại hàm lượng ô nhiễm là cacbon hữu cơ được thể hiện
theo chỉ số ô nhiễm COD. Do đó khi nghiên cứu môi trường tổng hợp thì có điều
chỉnh được nguồn cacbon hữu cơ để tiến hành thí nghiệm. Nghiên cứu sử dụng môi
trường không có cacbon hữu cơ (Imajo U và cộng sự, 2004) cho thấy hiệu suất xử lý
ammonium đạt hiệu quả rất cao. Còn (Chamchoi và cộng sự) khi khảo sát tỷ lệ COD/N
tay đổi từ 0,6 - 1,3 cho thấy hiệu quả loại ammonium đạt tương ứng từ 84% đến 60%
và cũng bị loại được 82% COD.



Ảnh hưởng tỷ lệ N-NH4/N-NO2

Theo phương trình (2.4) ở trên, thì tỷ lệ N-NH 4/N-NO2 phải là 1/1,32 nhưng theo
các nghiên cứu của (Van Hulle và cộng sự, 2003) thì tỷ lệ này có thể thay đổi từ 0,5 1,5; còn (Gut, 38) thì tỷ lệ này dao động trong khoảng 1 - 1,5 đạt hiệu suất loại nitơ
tương ứng là 84 - 97%. (Theo Van Hulle, 2005) khi trong môi trường chỉ có N-NH 4
với nồng độ 1.000 mg/l hoặc N-NO3 thì quá trình Anammox không thể diễn ra, trong
khi (Strous, 74) cho thấy trong thí nghiệm với nồng độ N-NH 4 trên 70 mM thì hoạt
tính của vi khuẩn Anommox trên thiết bị SBR hoạt tính giảm dần trong thời gian một
tuần. Trong khi kết quả nghiên cứu của (Dapena - Mora và cộng sự, 2006) cho thấy
ảnh hưởng của từng nồng độ N-NH4 và N-NO2 trên thiết bị xử lý theo mẻ thì hoạt
động của vi khuẩn Anammox lại giảm nhanh theo thời gian. Các nghiên cứu khác thì
cho rằng vi khuẩn Anammmox lại rất nhạy cảm với N-NO 2 trong môi trường. Thí
nghiệm của (Strous và cộng sự, 1999) cho thấy quá trình Anammox không thể hoạt
động khi nồng độ N-NO2 lớn hơn 182mg/l. (Fux, 2003) ghi nhận vi khuẩn Anammox
không hoạt động khi nồng độ N-NO 2 lớn hơn 40 mg/l. Nghiên cứu của (Dapena và
cộng sự, 2007) cũng cho thấy hoạt động xử lý của sinh khối vi khuẩn Anammox giảm
50% khi nồng độ N-NO2 25mM.
Tóm lại các yếu tố ảnh hưởng rất mạnh đến quá trình tăng trưởng và hoạt động xử
lý ammonium của vi khuẩn Anammox là rất quan trọng, vì giúp cho một kiến thức cơ
bản để có thể nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng vào từng nguồn nước thải giàu
ammonium một cách hợp lý, để có hiệu quả xử lý tốt hơn.
d. Ưu nhược điểm trong ứng dụng quá trình Anammox
Ưu điểm
- Có thể ứng dụng tốt trong xử lý các loại nước thải có nồng độ N-NH4 cao
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 11

ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
- Nhu cầu mặt bằng để lắp đặt thiết bị không lớn
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn so với cac phương pháp khác
- Chịu được tải trọng thay đổi đột ngột, thiết kế đơn giản, sinh ra ít bùn
Nhược điểm
Thời gian nhân đôi sinh khối vi khuẩn Anmmox rất chậm cho nên rất khó nhân
giống triển phổ biến ra thực tế.
2.2.2. Quá trình nitrit hóa
Nitrit hóa là một bước yêu cầu trong ứng dụng mới về quá trình loại bỏ nitơ tự
dưỡng. Phản ứng dị hóa của quá trình nitrit hóa được thể hiện trong phương trình phản
ứng (2-7)
NH4+ + 1,38O2 + 1,98HCO3-  0,018C5H7NO2 + 0,98NO2- + 1,04H2O +
1,89H2CO3 (2-7)
Có nhiều chiến lược để đạt được quá trình nitrit hóa. Sự khác biệt chính giữa các
phương pháp đó là cách để ngăn chặn bật nitrat hóa xảy ra mà không gây trở ngại bậc
nitrit hóa.
Phương pháp đầu tiên đó là sử dụng sự khác biệt trong những nguồn năng lượng
kích hoạt cho sự oxy hóa ammonia và nitrit (theo thứ tự 68 kJ/mol và 44 kJ/mol).
Năng lượng cao cho quá trình oxy hóa ammonia làm cho tốc độ của quá trình phụ
thuộc nhiều vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ thấp NOB có tỷ lệ tăng trưởng cao hơn AOB,
nhưng ở nhiệt độ cao NOB phát triển chậm hơn một cách đáng kể so với AOB và do
đó nó có thể tồn tại ở thời gian lưu nước ngắn hơn. Sự vận hành quá trình ở khoảng
nhiệt độ cao (30 – 350C), ở một thời gian lưu nước cao hơn tốc độ phát triển của NOB
nhưng thấp hơn tốc độ phát triển của AOB (khoảng 1 ngày) và không có tuần hoàn
bùn, NOB không có thể duy trì trong bể phản ứng và bị rửa trôi ra ngoài. Nguyên tắc
này được áp dụng trong quá trình SHARON.
Phương pháp thứ hai dựa vào sự khác biệt về ái lực đối với oxy của AOB và
NOB. NOB có ái lực DO thấp hơn so với AOB. Do đó, nitrit hóa có thể đạt được bởi

sự lựa chọn một giá trị DO xác định mà ở đó tốc độ nitrit hóa không có oxy tới hạn
như tốc độ nitrat hóa. Giá trị DO phù hợp ít hơn 0,4 mg/l hoặc 5% trạng thái bão hòa
khí đã được đề nghị bởi Schmidt và cộng sự.
2.2.3. Sự kết hợp quá trình nitrit hóa và Anammox
a. Quá trình SHARON – Anammox
SHARON là viết tắt của cụm từ “Single Reactor system for High Activity
Ammonia Removal Over Nitrite”. Dựa vào đặc điểm là ở nhiệt độ cao (trên 30 0C), các
vi khuẩn oxy hoá ammonium (AOB) sẽ sinh trưởng nhanh hơn các vi khuẩn oxy hoá
nitrite (NOB), nguyên tắc của hệ thống này là chọn thời gian lưu thuỷ lực (HRT) đủ
ngắn và vận hành ở nhiệt độ cao để cho NOB bị rửa trôi khỏi bể phản ứng và quá trình
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 12


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
oxy hoá ammonium chỉ dừng ở nitrite. Bể phản ứng SHARON có thể tiếp nhận dòng
vào với nước thải có nồng độ nitơ cao và dòng ra có tỷ lệ tổng nitơ ammonia và nitrite
là 1:1 (TNA:N-NO2), tùy thuộc vào tỷ lệ giữa tổng ammonia và tổng carbon vô cơ
(TNA:TIC) trong dòng vào của bể phản ứng SHARON (Van Hulle, 2003b). Dòng ra
của bể phản ứng SHARON tiếp theo được chuyển đến bể phản ứng Anammox, tại đây
những thành phần còn lại của TNA trong nước thải sẽ bị oxy hóa thiếu khí với chất
nhận electron là NO2- (Jetten, 1999) và sản phẩm là N2 tự do.
Với sự kết hợp 2 quá trình SHARON - Anammox, dòng nitơ trong nước thải sau
xử lý giảm mạnh trong khi năng lượng dùng cho thổi khí giảm đáng kể lại không cần
bổ sung nguồn carbon từ ngoai và lượng bùn tạo ra rất ít (Jetten, 1997). Tuy nhiên
cũng như các quá trình Anammox khác, quá trình SHARON - Anamox gặp khó khăn
trong việc làm giàu vi khuẩn Anammox và vận hành để trong bể phản ứng đạt được tỷ
lệ tương đồng giữa TNA và N-NO2.

b. Quá trình CANON
Là quá trình khử ammonia diễn ra trong bể lọc sinh học bám dính hiếu khí. Tại
đây diễn ra đồng thời 2 quá trình nitrate hóa và anammox (Strous, 1997; Dijkman và
Strous, 1999; Hippen, 1997; Siegrist, 1998; Helmer và Kunst, 1998; Helmer, 1999).
Quá trình này được đặt tên là “CANON” (Completely Autotrophic N-removal Over
Nitrite, Strous, 2000).
c. Quá trình OLAND
OLAND (Oxygen Limited Autotrophic Nitrification - Denitrification) cũng là một
hệ thống xử lý nitơ hoàn toàn tự dưỡng, có tên đầy đủ là hệ thống nitrat hoá - khử
nitrat tự dưỡng trong điều kiện giới hạn oxy. Bùn nitrat hoá giàu AOB và NOB được
cấy vào bể SBR vận hành ở điều kiện giới hạn oxy và nạp nước thải tổng hợp chứa
1000 mg N - NH4 /l (không có carbon hữu cơ). Sau một thời gian vận hành, khi lượng
vi khuẩn NOB giảm (cỡ 107 lần so với lượng vi khuẩn ban đầu), sự mất nitơ dưới
dạng khí N2 xuất hiện và tăng dần (4% với tải trọng 0,13kg - N/m3/d).
d. Quá trình SNAP
SNAP (Single-stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation)
cũng là quá trình xử lý nitơ trên cơ sở kết hợp nitrit hóa bán phần và Anammox
trong một bể phản ứng. SNAP sử dụng vật liệu sợi tổng hợp acrylic làm vật liệu
bám cho vi khuẩn AOB và Anammox.
Trong một mô hình phản ứng SNAP, cả quá trình nitrat hóa bán phần và quá trình
Anammox được diễn ra lần lượt. Giai đoạn đầu, tạo điều kiện cho quá trình nitrat hóa
bán phần xảy ra. Giai đoạn sau, tạo các yếu tố thích hợp cho vi khuẩn Anammox phát
triển để khử Ammonia và Nitrat thành khí nitơ.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 13


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG

MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

0,5mol
5mol
1mol
ammomium
(NH3/N
3

SNA

P
Nammomium

(NH4++)
4

P
0,85 mol
O2

0,5 mol Nitrite
Anam
-(NO0,5mol
)
khí
2 mox
0,5mol
khí
2

Nitơ
Nitơ

++
44

H )

(N
(N22))

Hình 2.3Mô tả quá trình SNAP
Nitrit hóa bán phần: 1NH4+ + 0,75O2  0,5NH4+ + 0,5NO2- + 0,5H2O + H+
Anamamox: NH4 + 1,32 NO2- + 0,066 HCO3 + 0,13 H+ → 1,02 N2 + 0,26 NO3- +
0,066 CH2O0,5N0,15 + 2,03 H2O
Phương trình tổng hợp mô tả quá trình sinh học của mô hình SNAP (Furukawa và
cộng sự, 2000), (Schimid và cộng sự, 2000)
SNAP: 1NH4+ + 0,85NO2- + 0,028HCO3-  0,44N2 + 0,11NO3- +
0,028CH2O0,5N0,15 + 1,43H2O + 1,14H+
Các giá thể trong mô hình SNAP có diện tích bề mặt lớn để vi khuẩn có môi
trường sinh trưởng và phát triển. Chúng sẽ tạo một lớp màng sinh học trên lớp vật liệu,
trong đó quá trình nitrit hóa do các vi khuẩn oxy hóa Ammonia phát triển ở lớp màng
phía bên ngoài và quá trình oxy hóa hiếu khí của vi khuẩn Anammox xảy ra ở lớp
màng phía bên trong.

NNH

H

N
O

4
+

4
+

2
-

2

O

N

N

2

2

↑

↑

N
H

N
4
+O

N
H
O

4
+

2
-

2

Vi khuẩn oxy hóa Ammonium (Ammonium Oxidizing Bacteria - AOB)
Vi khuẩn Anammox
Hình 2.4 Cấu trúc bông bùn trên lớp vật liệu của quá trình SNAP
Ngoài ra, giá thể (vật liệu bám dính) còn có tính linh hoạt cao, có cấu tạo từ những
nguyên liệu có tính ưu nước để có khả năng lưu giữ một lượng lớn và tốt sinh khối của
vi khuẩn lên trên bề mặt. Một số loại giá thể hay được sử dụng trong các nghiên cứu
liên quan như swim-bed Biofringe, stick-bed Biofix, Arcylic fiber, nonwoven,… Việc
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 14


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

lựa chọn phù hợp giá thể tùy vào các mục đích nghiên cứu hoặc ứng dụng xử lý các
loại nước thải khác nhau.
2.3 Một số nghiên cứu liên quan đến quá trình SNAP
Mô hình SNAP xử lý nước rỉ rác nhân tạo của Phạm Khắc Liệu và cộng sự, năm
2005 (Hình 4). Nghiên cứu phát triển quá trình loại nitơ ứng dụng quá trình nitrat hóa
bán phần và Anammox trong một thiết bị phản ứng (SNAP) với giá thể là sợi arcylic
đã đạt hiệu quả xử lý cao. Với nguồn nước thải tổng hợp mô phỏng nước rỉ rác chứa
Ammonium với nồng độ 240 mg/l ở tại trọng 0,6 kg N/m 3/ngày, cho thấy sự vận hành
ổn định với hiệu suất chuyển hóa Ammonium là 85 – 90% và hiệu suất loại nitơ là 75
– 85%.

Hình 2.5 Cấu trúc mô hình SNAP
(Nguồn: Phạm Khắc Liệu và cộng sự, 2005 )
Kết quả tương tự đạt được với một bể phản ứng khác với nồng độ Ammonium với
nồng độ 500 mg/l ở tại trọng lên đến 1 kg N/m 3/ngày cho hiệu suất loại nitơ là 80%.
Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chứng minh được rằng với mô hình SNAP, lượng bùn
hình thành là rất ít (0,045 mg VSS/mg N bị loại), chi phí thấp (vận hành với DO thấp,
tiêu thụ độ kiềm thấp).
Mô hình SNAP sử dụng vật liệu sợi tổng hợp acrylic làm vật liệu bám cho vi
khuẩn AOB và Anammox. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với bể phản
ứng 5 lít với nước thải tổng hợp cho thấy SNAP có thể đạt hiệu suất loại nitơ được
80% với tải trọng 1kg N – NH4/m3/ngày. Với vật liệu bám rất nhẹ, bề mặt riêng lớn
(146,5m2/m3) và khả năng bám cao (0,5 - 0,6 g SS/g-vật liệu. Kết quả phân tích 16S
rDNA cho thấy bùn SNAP chứa các vi khuẩn AOB có mức độ tương đồng cao với
Nitrosomonas europaea, vi khuẩn Anammox rất gần với dòng KU-2 và vi khuẩn NOB
tương tự Nitrospira sp (Dapena- Mora A. và cộng sự, 2006).
Mô hình SNAP sử dụng vật liệu Biofix làm giá thể cho quá trình Anammox (Hình
5). Mô hình vận hành ở nhiệt độ 250C (nhiệt độ cao nhất vào mùa hè 31,5 0C). Trong
suốt 340 ngày vận hành với nước thải nhân tạo, với tải trọng tăng dần lên đến 3,6 kgHọc viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 15


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
N/m3/ngày mô hình đã đạt hiệu quả xử lý tổng nitơ là 81,3%. Khi mô hình tiếp nhận
xử lý nguồn nước thải đã qua xử lý bằng phân hủy kỵ khí, hiệu quả xử lý trung bình
đạt 72% và cao nhất là 81,6% với tải trọng 2,2 kg-N/m3/ngày.

Hình 2.6 Cấu trúc mô hình SNAP
(Nguồn: Sen Qiao và cộng sự, 2008)
Kết quả phân tích thành phần bùn của mô hình nghiên cứu ngoài một số nhóm vi
khuẩn thường thấy trong điều kiện oxy và nồng độ dinh dưỡng cao, thì còn có nhóm
Anammox KSU-1 thích hợp với điều kiện dinh dưỡng thấp và nhóm Anammox KU2
phát triển tốt trong điều kiện dinh dưỡng cao (Sen Qiao và cộng sự, (2008)).
Tại Việt Nam, gần đây cũng đã có một số nghiên cứu về Anammox, như “Nghiên
cứu ứng dụng nhóm vi khuẩn Anammox trong xử lý nước thải nuôi heo” (Lê Công
Nhất Phương, 2009), nghiên cứu đã phân lập được vi khuẩn Anamox từ bùn kỵ khí tại
bể UASB trong một hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi, được gọi là Ho Chi Minh
anammox reactor và một số thông số liên quan đến nuôi cấy và hiệu quả xử lý của
dạng vi khuẩn này. Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến công nghệ kết hợp quá
Nitrit hóa - Anammox trong cùng một mô hình thiết bị. Trong tạp chí khoa học, Đại
học Huế, số 48, năm 2008 cũng có giới thiệu về mô hình SNAP của TS. Phạm Khắc
Liệu, một xu hướng mới cho xử lý chất dinh dưỡng, đặc biệt đối với nguồn nước có
hàm lượng nitơ cao.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 16

ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

CHƯƠNG 3

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 Mô hình nghiên cứu
Mô hình nghiên cứu được thể hiện trong Error: Reference source not found

Hình 3.7 Sơ đồ mô hình thí nghiệm
Chú thích:
1. Bể chứa nước thải đầu vào
2. Bể chứa dung dịch NaHCO3
3. Bơm định lượng nước thải đầu vào
4. Bơm định lượng NaHCO3
5. pH controller
6. Máy thổi khí
7. Van điều chỉnh lưu lượng khí
8. Bể phản ứng SNAP
Mô tả cấu tạo mô hình:
Một số thông số chính của bể phản ứng:
Đường kính x Chiều cao: 10,5 cm x 48 cm
Thể tích nước hữu dụng: 3,5 lít
Vật liệu cấu tạo bể: Nhựa arcylic
Thùng chứa nước nhân tạo V = 50 lít
Bể chứa dung dịch NaHCO3 V = 2,5 lít
Bơm định lượng nước thải đầu vào với lưu lượng Q = 0,5 l/h - 5 l/h
Bơm định lượng hóa chất NaHCO3 với lưu lượng Q = 0,5 l/h - 5 l/h

Hệ thống sử dùng bình thổi khí để duy trì DO trong nước thải tổng hợp đầu vào
của quá trình SNAP (duy trì DO từ 0,5 – 2,5 mg/l).
Vật liệu dính bám trong bể là sợi acrylic (acrylic-resin fiber) có thể tích chiếm
khoảng 30% - 35% thể tích bể.
Nước thải nhân tạo được bơm định lượng bơm liên tục vào bể theo ống dẫn nước
nhúng chìm trong bể.
Cột xử lý được đặt trong phòng thí nghiệm Khoa Môi trường – Trường Đại học
Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh trong điều kiện tối.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 17


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

1.2 Giá thể sinh học
Mô hình SNAP sử dụng giá thể sinh học Arcylic fiber

Hình 3.2 Cấu trúc giá thể sinh học Arcylic fiber
Vật liệu dạng sợi acrylic với thể tích chiếm khoảng 30% - 35% so với thể tích toàn
bể SNAP.
Kích thước giá thể Acylic Pile Fabrics: dài x rộng = 37cm x 10cm, tổng khối
lượng 21g.
Đặc tính của vật liệu làm giá thể dính bám cho nhóm vi khuẩn SNAP được trình
bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của giá thể dính bám Acylic Pile Fabrics
S

Thông số kỹ thuật

Giá trị

Vật liệu

acrylic

2

Tổng chiều dài sợi tơ

23,324 m/m3

3

Đường kính mỗi sợi tơ

2 mm

4

Chiều dài mỗi sợi tơ

30 mm

5

Số lượng sợi đặc biệt

36 sợi/cm3

6

Diện tích bề mặt

146,5 m2/m3

7

Khối lượng riêng

0,98 g/cm3

TT 1

1.3 Sinh khối SNAP
Bùn nitrat hóa được lấy từ phòng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa TP Hồ
Chí Minh.
Bùn Anammox: Chủng vi khuẩn này có tên khoa học là Unculture
planctommeycetes – 1 (AB057453) được lấy từ phòng thí nghiệm của GS. Kenji
Furukawa trường Đại học Kumamoto - Nhật Bản.
Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 18


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
Hai loại bùn này được trộn chung thành một hỗn hợp bùn SNAP có hàm lượng 3

g/l (tính theo MLSS) với tỉ lệ 1/5 tương ứng với 0,5 g/l bùn Anammox và 2,5 g/l bùn
nitrat hóa [6].
1.4 Nước thải nhân tạo
Sử dụng nước thải nhân tạo mô phỏng theo tính chất của nước rỉ rác đã qua xử lý,
hàm lượng chất hữu cơ (BOD5, COD) thấp nhưng nồng độ ammonium cao (Bảng 3.2).
Bảng 3.2. Tính chất nước thải nhân tạo [6]
Thành phần

Giá trị

NH4Cl

240 mg-N/l

KH2PO4

43,4 mg/l

NaHCO3

530 mg/l

KHCO3

630 mg/l

MgSO4.7H2O (1)

328 mg/l

CaCl2.2H2O (1)

235,2 mg/l

FeSO4.7H2O (1)

16 mg/l

Na2.EDTA (1)

16 mg/l

(1) Các nguyên tố vi lượng

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 19


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
1.5 Điều kiện hoạt động
Mô hình thí nghiệm được đặt trong điều kiện tối để tránh ánh sáng.
Bùn được dính bám vào toàn bộ bề mặt vật liệu Acylic Pile Fabrics trước khi khởi
động mô hình bằng cách sục khí nitơ để tạo sự khuấy trộn.
DO được kiểm tra bằng thiết bị đo cầm tay. Kiểm soát DO trong khoảng 0,5 – 2,5
mg/l [6]. Nếu DO tăng hay giảm so với mức cho phép của nghiên cứu thì điều chỉnh
bằng van phân phối khí.
Giá trị pH được kiểm soát bằng hệ thống đo pH online, khi có dấu hiệu pH giảm
xuống dưới pH của nghiên cứu (pH = 7,8 [6]), hệ thống bơm tự kích hoạt châm

NaHCO3 vào bể phản ứng SNAP đến khi đạt giá trị pH nghiên cứu.
Nhiệt độ trong bể chịu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí và không kiểm soát. Dự
kiến nhiệt độ trong bể phản ứng giao động trong khoảng 29 0C – 320C theo điều kiện
khí hậu Tp.Hồ Chí Minh.
Thời gian vận hành thí nghiệm giai đoạn thích nghi khoảng 60 ngày với lưu lượng
8,4 l/ngày tương ứng với thời gian lưu nước HRT = 10h, pH = 7,8, DO = 0,5 – 2,5
mg/l. Sau giai đoạn thích, thí nghiệm được tiếp tục tiến hành 195 ngày để kiểm tra ảnh
hưởng của từng tải trọng nitơ đối vơi hiệu quả của quá trình SNAP theo bảng 3.3 với
các thông số vận hành như trên.
Bảng 3.1 Tải trọng Nitơ dự kiến theo thời gian
Ngày
60 – 74
75 – 89
90 – 104
105 – 119
120 – 134
135 – 149
150 – 164
165 – 179
180 – 194
195 – 209
210 – 224
225 – 239
240 – 254

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Tải trọng Nitơ
(kg N/m3/d)
0,2

0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,4
2,8
3,2

Page 20


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
1.6 Phương pháp phân tích
Các thông số phân tích: Nitrat (NO 3-N), Nitrite (NO2-N), Ammonium (NH4-N),
Nitơ tổng (T-N), độ kiềm, pH, DO.
Các mẫu được lấy trong suốt quá trình vận hành và đựng trong bình PE, định kỳ
lấy mẫu 3 lần/tuần vào buổi sáng để phân tích các chỉ tiêu đã nêu trên.
Nitrat được xác định bằng phương pháp so màu, dựa vào nguyên lý chất Brucine
có khả năng phản ứng với nitrat trong môi trường acid mạnh và nhiệt độ cao tạo thành
phức chất có màu vàng.
Nitrit được xác định bằng phương pháp so màu, dựa vào nguyên lý ở pH = 2 - 2,5,
nitrit tác dụng với acid sulnanilic và naphthylamine tạo thành acid azobenjol
naphthylamine sulfonic có màu đỏ tía.
Ammonium được xác định bằng phương pháp chưng cất.

Nitơ tổng được xác định giống như phương pháp xác định nitrat, khác ở chỗ dùng
chất ôxy hóa mạnh K2S2O8 để oxy hóa các dạng nitơ về nitrat trong môi trường kiềm ở
nhiệt độ từ 100 - 1100C.
Độ kiềm được xác định dựa trên phương pháp định phân thể tích với chỉ thị
phenolphtalein và hỗn hợp bromoresol lục + methyl đỏ.
pH: Kiểm soát bằng thiết bị đo online kết nối với bơm NaHCO 3
DO: Dùng thiết bị đo DO cầm tay.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 21


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS

2 KẾT QUẢ VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
2.1 Giai đoạn thích nghi (start-up)
2.1.1 . Sự biến động pH, DO, độ kiềm
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.1.2 Sự biến động N-NH4+ dòng vào và dòng ra
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.1.3 Sự biến động N- NO2- và N- NO3- dòng ra
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.1.4 Sự biến động nitơ tổng
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét

2.2 Giai đoạn nitrit hóa bán phần và anammox (SNAP)
2.2.1 Sự biến động pH, DO, độ kiềm
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.2.2 Sự biến động N-NH4+ dòng vào và dòng ra
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.2.3 Sự biến động N- NO2- và N- NO3- dòng ra
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.2.4 Sự biến động nitơ tổng
Số liệu biểu diễn bằng đồ thị
Nhận xét
2.3 Thời gian nghiên cứu
Thời gian dự kiến tiến hành thí nghiệm được trình bày theo bảng 4.1.

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

Page 22


ĐÁNG GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITO TRONG NƯỚC RỈ RÁC BẰNG
MÔ HÌNH SNAP GIÁ THỂ ACYLIC FILE FABRICS
Tổng thời gian thực hiện đề tài dự kiến 285 ngày, trong đó 30 ngày nuôi cấy bùn
bám dính vào giá thể, khoảng 60 ngày thực hiện giai đoạn thích nghi (start-up) và 195
ngày đánh giá ảnh hưởng của tải trọng nitơ đối với hiệu quả của quá trình SNAP.

Bảng 4.2 Thời gian dự kiến chạy mô hình nghiên cứu của đề tài
STT

Các bước thí nghiệm

Thời gian
(ngày)

01

Giai đoạn nuôi cấy bùn

30

02

Giai đoạn thích nghi (start-up), làm giàu sinh khối
SNAP bằng nước thải nhân tạo

60

03

Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải nhân tạo ở các tải
trọng nitơ khác nhau

195

Tổng

Học viên: Lê Thị Diệu Linh

285

Page 23