Phân lập và tối ưu một số điều kiện sinh trưởng của vi khuẩn phản nitrate hóa trong mẫu nước thải tại trường đại học nông lâm thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

HOÀNG VĂN TRÌNH
PHÂN LẬP VÀ TỐI ƢU MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN SINH TRƢỞNG CỦA VI
KHUẨN PHẢN NITRATE HÓA TRONG MẪU NƢỚC THẢI TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính qui

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2012 – 2016

Thái Nguyên – năm 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

HOÀNG VĂN TRÌNH

Tên đề tài:
PHÂN LẬP VÀ TỐI ƢU MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN SINH TRƢỞNG CỦA VI
KHUẨN PHẢN NITRATE HÓA TRONG MẪU NƢỚC THẢI TẠI TRƢỜNG
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính qui

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Lớp

: K45 - CNSH

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2012-2016

Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Dương Mạnh Cường

Thái Nguyên – năm 2016


LỜI CẢM ƠN
Được sự đồng ý của Ban Giám hiệu nhà trường, Ban Chủ nhiệm khoa Công

nghệ Sinh học-Công nghệ Thực phẩm, trong thời gian thực tập tốt nghiệp, em đã
tiến hành thực hiện đề tài “phân lập và tối ưu một số điều kiện sinh trưởng của
vi khuẩn phản Nitrate hóa trong mẫu nước thải tại trường Đại Học Nông Lâm
Thái Nguyên”.
Sau thời gian tham gia nghiên cứu thực hiện đề tài, đến nay em đã hoàn
thành đề tài nghiên cứu của mình.
Nhân dịp này em xin bày tỏ lòng biết ơn tới: ThS. Dương Mạnh Cường,
Khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm
Thái Nguyên đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thực hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn tới ThS. Vi Đại Lâm đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Công nghệ Sinh
Học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã dạy
dỗ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học trong suốt
thời gian học tập.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, động
viên để em có tự tin trong học tập và thực tập tốt nghiệp.
Dù đã cố gắng nhiều, xong bài khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót và
hạn chế. Kính mong nhận được chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô cùng
toàn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 6 tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Hoàng Văn Trình


i

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Các thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm ................................ 20
Bảng 3.2. Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ........................................ 21
Bảng 4.1. Dấu hiệu phát triển của các dòng vi khuẩn trong môi trường
Giltay .............................................................................................. 29
Bảng 4.2. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc các dòng vi khuẩn nghiên cứu. ..... 31
Bảng 4.3. Đặc điểm tế bào các dòng vi khuẩn nghiên cứu ........................... 32
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A1 ........ 34
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A2 ......... 36
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A1 . 37
Bảng 4.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dòng vi khuẩn A2 ........................... 39
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sinh trưởng
của dòng vi khuẩn A1..................................................................... 41
Bảng 4.9. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sinh trưởng
của dòng vi khuẩn A2..................................................................... 42


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1. Chu trình nitơ trong tự nhiên(Alfred Brown, Heidi Smith, 2014) ....... 4
Hình 2.2. Quá trình chuyển hóa nito trong nước(nguồn:acc-biotech.com) ......... 9
Hình 2.3. Hiện tượng tảo nở hoa (nguồn: vast.ac.vn) ........................................ 10
Hình 2.4. Nguồn nước ô nhiễm tại suối sau khu ký túc K và ao thủy sảnkhoa Chăn Nuôi Thú Y, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên
(Chụp ngày 05/04/2016) ..................................................................... 18
Hình 4.1. Các dòng vi khuẩn phản nitrate hóa trên môi trường Giltay ............. 27
Hình 4.2. Dòng vi khuẩn phản nitrate hóa trên môi trường chứa thuốc thử
Diphenylamine .................................................................................... 29
Hình 4.3. Các dòng vi khuẩn A1, A2,A3, A4 và môi trường đối chứng sau

120 giờ nuôi cấy ................................................................................. 30
Hình 4.4. Hình thái khuẩn lạc dòng vi khuẩn A1 và A2.................................... 32
Hình 4.5. Hình thái tế bào dòng vi khuẩn A1 và A2 ......................................... 32
Hình 4.6. Thử nghiệm khả năng hiếu khí, kỵ khí của các dòng vi khuẩn đã
phân lập ............................................................................................... 34
Hình 4.7. Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A1 .. 35
Hình 4.8. Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A2 .. 36
Hình 4.9. Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của dòng vi
khuẩn A1 ............................................................................................. 38
Hình 4.10. biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của dòng vi
khuẩn A2 ............................................................................................. 39
Hình 4.11. Biểu đồ ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sinh
trưởng của dòng vi khuẩn A1 ............................................................. 42
Hình 4.12. Biểu đồ ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sinh
trưởng của dòng vi khuẩn A2 ............................................................. 42


iii

DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

Từ và thuật ngữ viết tắt

Nghĩa đầy đủ

CO2

Cacbonic

N2

Nito

NO2-

Nitrit

NO3-

Nitrat

NH4+

Amoni

NH3

Amoniac

O2

Oxy

DO

Dissolved Oxygen


iv

MỤC LỤC
PHẦN 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài ..................................................................... 3
1.2.1. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 3
1.2.2. Yêu cầu của đề tài ...................................................................................... 3
1.3. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................ 3
1.3.1. Ý nghĩa trong khoa học .............................................................................. 3
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn .............................................................................. 3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài ............................................................................. 4
2.1.1. Tổng quan về chu trình nitơ trong tự nhiên .............................................. 4
2.1.2. Chuyển hóa nito và tác hại của việc dư thừa nito trong nước thải ........... 8
2.1.3. Xử lý nước thải giàu hợp chất chứa nitơ ứng dụng vi khuẩn phản nitrat
hóa ............................................................................................................. 12
2.1.4. Thực trạng nước thải tại trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên ........ 17
2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới ...................................... 18
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................ 18
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................... 19
PHẦN 3: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................... 20
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................. 20
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 20
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................. 20
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành ................................................................. 20
3.2.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 20
3.2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................... 20
3.3. Dụng cụ, hóa chất ....................................................................................... 20
3.3.1. Dụng vụ, thiết bị ....................................................................................... 20
3.3.2. Hóa chất sử dụng ..................................................................................... 21

v

3.3.3. Môi trường sử dụng ................................................................................. 22
3.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 22
3.5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 22
3.5.1. Phương pháp thu thập mẫu ...................................................................... 22
3.5.2. Phương pháp Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn phản nitrate hóa .......... 23
3.5.3. Phương pháp mô tả đặc điểm hình thái, đặc điểm sinh học của các
dòng vi khuẩn phản nitrate hóa ................................................................ 24
3.5.4. Phương pháp giữ giống ........................................................................... 25
3.5.5. Phương pháp nghiên cứu tối ưu một số điều kiện của môi trường
nuôi cấy đến sinh trưởng của các dòng vi khuẩn phản nitrate hóa .......... 26
PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................... 27
4.1. Kết quả phân lập vi khuẩn nitrate hóa ........................................................ 27
4.2. Kết quả tuyển chọn các dòng vi khuẩn có hoạt tính phản nitrate hóa
(khử nitrate)........................................................................................................ 27
4.2.1. Tuyển chọn các dòng vi khuẩn có hoạt tính phản nitrate hóa bằng
phản ứng với thuốc thử diphenylamine ..................................................... 28
4.2.2. Tuyển chọn các dòng vi khuẩn có hoạt tính phản nitrate hóa dựa
trên đặc điểm sinh trưởng của từng dòng vi khuẩn .................................. 29
4.3. Kết quả Định danh sơ bộ các dòng vi khuẩn đã tuyển chọn ....................... 31
4.3.1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc .................................................................. 31
4.3.2. Đặc điểm hình dạng tế bào. ..................................................................... 32
4.3.3. Khả năng sinh trưởng trong môi trường hiếu khí, kỵ khí ........................ 33
4.4. Kết quả nghiên cứu tối ưu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh
trưởng của vi khuẩn phản nitrate hóa................................................................. 34
4.4.1. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A1 và A2 .......... 34
4.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của dòng vi khuẩn A1 và

A2............................................................................................................... 37
4.3.3. Ảnh hưởng của các nguồn carbon khác nhau đến sinh trưởng của
hai dòng vi khuẩn A1 và A2 ...................................................................... 40
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 45
5.1. Kết luận ....................................................................................................... 45


vi

5.2. Kiến nghị ..................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 46
I. Tài liệu Tiếng Việt .......................................................................................... 46
II. Tài liệu tiếng anh ........................................................................................... 46
III. Tài liệu tham khảo từ Internet ...................................................................... 47


1

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề nóng bỏng, đáng lo ngại đối với các
quốc gia trên toàn thế giới hiện nay, trong đó có Việt Nam. Tình trạng ô nhiễm môi
trường sinh thái chủ yếu do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người gây ra.
Vấn đề này ngày càng trầm trọn đe dọa trực tiếp tới sự phát triển kinh tế - xã hội, sự
tồn tại và phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai.
Ô nhiễm môi trường bao gồm 3 loại chính là: ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất và
ô nhiễm nguồn nước. Trong ba loại ô nhiễm đó thì ô nhiễm nước là vấn đề rất nghiêm
trọng, đặc biệt ở các khu vực tập trung đông dân cư và các khu công nghiệp. Nguyên
nhân gây ô nhiễm môi trường nước chủ yếu là nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý hoặc
xử lý chưa triệt để, khi đổ ra ngoài môi trường gây ô nhiễm nguồn nước trong các ao

hồ sông suối xung quanh.
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong khoảng
52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một lượng lớn vi sinh vật (Trần văn
Nhân, Ngô Thị Nga, 2002), do đó hàm lượng nitơ trong nước thải rất cao, khi đổ ra
môi trường nước trong các kênh, mương, ao, hồ, sông suối... sẽ tác động tiêu cực đến
hệ sinh thái nước và các quần thể thủy sinh vật. gây những ảnh hưởng như: Hiện tượng
phú dưỡng trong hệ sinh thái nước dẫn tới sự phát triển bùng nổ của tảo và vi sinh vật
còn gọi là hiện tượng tảo nở hoa, làm cạn kiệt nguồn oxy trong nước, gây độc với hệ
sinh thái nước, khi xâm nhập vào nước ngầm dưới dạng các ion nitrite và nitrate con
người sử dụng nguồn nước ngầm trong sinh hoạt đun nấu,lượng các chất này khi xâm
nhập vào cơ thể sẽ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người như hội chứng trẻ da xanh
(methahemoglobin), nguy cơ gây ung thư...
Để giải quyết vấn đề trên, việc nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để xử lý nước bị
ô nhiễm đang ngày càng phổ biến. Các phương pháp vật lý, hóa học… gây những tác
dụng phụ, những tác hại về sau và không an toàn thân thiện với môi trường,ưu điểm
của việc sử dụng vi sinh vật giúp tăng cường khả năng phục hồi, khả năng tự làm sạch
môi trường, có tính ổn định cao và thân thiện với môi trường.


2
Trong tự nhiên, vi sinh vật loại bỏ hàm lượng nitơ dư thừa trong nước bằng cách
chuyển hóa nitơ dạng hữu cơ và vô cơ thành dạng khí N2 thoát ra ngoài môi trường.
Quá trình này diễn ra chủ yếu nhờ các quá trình amon hóa, nitrate hóa và phản nitrate
hóa. Dạng tồn tại phổ biến của nitơ trong nước là NH3 cùng các muối NH4+, quá trình
nitrate hóa sẽ chuyển hóa các Amoni thành nitrite NO2-, sau đó nitrite NO2- sẽ chuyển
hóa thành NO3-. Tiếp đến quá trình phản nitrate hóa (khử nitrate) chuyển hóa từ NO3thành N2 hoàn tất chu trình nitơ. Trong đó quá trình phản nitrate hóa là một mắt xích
quan trọng trong chu trình nitơ tự nhiên, quá trình này xảy ra trong môi trường kỵ khí
(thiếu oxy) nhờ các loài vi khuẩn như: Pseudomonas, Micrococcus, Paracoccus,
Bacillus... (U.S. EPA, 1975). Chúng lá những vị khuẩn kỵ khí không bắt buộc. quá
trình này sẽ chuyển hóa hợp chất nitrate thành nitơ phân tử để bù trả lại nitơ cho không

khí giúp làm giảm lượng nitơ có trong môi trường nước bị ô nhiễm.
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên thuộc Tổ 10, xã Quyết Thắng–Thành
Phố Thái Nguyên, nằm ở phía Tây cách trung tâm thành phố khoảng 5km, có diện tích
lớn, khoảng 102,85ha (TUAF, 2015), có nhiều người dân, sinh viên, nghiên cứu sinh
sinh sống học tập và làm việc trong trường. Do đó các hoạt động sinh hoạt và làm việc
trong trường Nông Lâm thường xuyên gây phát sinh một lượng nước thải lớn, lượng
nước thải này thải ra môi trường bên ngoài phần lớn chưa qua xử lý gây ô nhiễm
nguồn nước các ao, hồ, suối xung quanh trường và ảnh hưởng tới cuộc sống của chính
những người đang sinh sống, học tập và làm việc tại trường.
Xuất phát từ thực tế đó tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “phân lập và tối ưu một
số điều kiện sinh trưởng của vi khuẩn phản Nitrate hóa trong mẫu nước thải tại
trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên”. Nhằm tiến tới xây dựng quy trình phục
hồi sinh học trong xử lý nitơ, góp phần cải tạo môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và bảo
vệ cảnh quan nhà trường.


3

1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu của đề tài
Phân lập một số dòng vi khuẩn phản nitrat hóa trong một số mẫu nước, làm cơ sở
để tiến hành định danh các chủng và xây dựng các quy trình phục hồi sinh học nhằm
giảm thiểu lượng Nitơ trong các mẫu nước thải.
1.2.2. Yêu cầu của đề tài
-

Thu thập một số mẫu nước tại một số địa điểm trong trường Đại học Nông lâm

Thái Nguyên.
-

Phân lập, tuyển chọn được một số dòng vi khuẩn phản Nitrate hóa trong các mẫu

nước thải.
-

Định danh sơ bộ các dòng vi khuẩn phản nitrate hóa đã tuyển chọn

-

Tối ưu một số điều kiện sinh trưởng của các dòng vi khuẩn phản nitrate hóa đã

phân lập được.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa trong khoa học
Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo cho những nghiên cứu tiếp theo về xử lý
ô nhiễm môi trường nước. Giảm thiểu lượng nitơ trong nước thải nhằm xây dựng các
quy trình phục hồi sinh học, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
Kết quả của đề tài là cơ sở để nhà trường xử lý tốt hơn nguồn nước thải tại
trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên.


4

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. Tổng quan về chu trình nitơ trong tự nhiên
2.1.1.1. Chu trình nitơ trong tự nhiên
Là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng đối với sinh vật, nitơ có mặt và là thành

phần của mọi cơ thể sống. Trong môi trường tự nhiên Nitơ tồn tại ở các dạng khác
nhau, từ nitơ phân tử ở dạng khí cho đến các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể
động vật, thực vật và con người (Trần Thị Xuân An, 2009).

Hình 2.1. Chu trình nitơ trong tự nhiên(Alfred Brown, Heidi Smith, 2014)
Trong cơ thể sinh vật, Nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất hữu cơ như
protein, acid amin. Khi cơ thể sinh vật chết đi lượng nitơ hữu cơ này tồn tại ở trong
đất. Dưới tác động của các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được phân giải thành
các acid amin, các acid amin lại được một nhóm sinh vật phân giải thành NH3 hoặc
NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amoni hóa. Quá trình này gọi là sự khoáng hóa hữu cơ vì
qua đó hợp chất ni tơ hữu cơ được chuyển thành dạng ni tơ khoáng. Dạng NH4+ sẽ


5
được chuyển thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hóa. Các hợp chất nitrate lại
được chuyển hóa thành nitơ phân tử, quá trình này gọi là phản nitrate hóa được thực
hiện bởi nhóm vi khuẩn phản nitrate. Khí N2 sẽ được cố định lại trong tế bào vi khuẩn
và tế bào thực vật sau đó được chuyển hóa thành dạng nitơ hữu cơ nhờ nhóm vi khuẩn
cố định nitơ (Lê Quốc Tuấn, 2009). Như vậy vòng tuần hoàn nitơ được khép kín.
Trong các khâu chuyển hóa của vòng tuần hoàn nitơ mỗi khâu chuyển hóa đều có
sự tham gia của các nhóm vi sinh vật khác nhau, nếu sự hoạt động của một nhóm nào
đó bị ngưng lại thì vòng tuần hoàn nitơ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
2.1.1.2. Các quá trình chuyển hóa nitơ trong tự nhiên
a. Quá trình amon hóa
Quá trình amôn hoá là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ chứa nitơ dưới tác
dụng của vi sinh vật thành các chất đơn giản hơn là NH4+ hoặc NH3 (Trần Thị Xuân
An, 2009). Trong thiên nhiên tồn tại nhiều dạng hợp chất hữu cơ nito như protein, acid
amin, acid nucleic, urue...khi các sinh vật chết đi xác chúng được phân hủy bởi nhiều
loại vi sinh vật. Protein bị phân hủy bởi protease, giải phóng axit amin trong đó nhóm
amin được loại bỏ bằng cách khử amin để giải phóng amoniac. axit nucleic cũng bị

phân hủy, giải phóng amoniac, và chất thải động vật như acid uric bị phân hủy tạo ra
amoniac. Quá trình tạo ra amoniac được gọi là amon hóa (Alfred Brown, Heidi Smith,
2014).
(vi khuẩn amon hóa)

Amino acid

amoniac

Vi khuẩn và thực vật đồng hóa amoniac để tổng hợp protein mới và các acid
nucleic cho sự sinh trưởng của chúng, có nhiều loại vi khuẩn thực hiện quá trình
amoniac hóa trong đất bao gồm: Micrococcus, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas...
và còn nhiều loại vi khuẩn khác(Alfred Brown, Heidi Smith, 2014). Đa số các vi
khuẩn tham gia vào quá trình amon hóa là vi khuẩn hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt
buộc chúng ưa pH từ trung tính đến hơi kiềm (Lê Quốc Tuấn, 2009). Ngoài ra có
nhiều

loại

nấm

mốc

như

Aspergillus

oryzae,

A.

flavus,


6
A. niger, Penicilium camemberti… cũng có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ
thành moniac.
b. Quá trình Nitrate hóa
NH4+ được sinh ra trong quá trình amon hoá bị oxy hoá thành NO2-, rồi sau đó
thành NO3-. Quá trình này gọi là quá trình nitrat hoá. Nhóm vi khuẩn thực hiện quá
trình này là vi khuẩn nitrate hoá. (Trần Thị Xuân An, 2009). Sau quá trình amon hóa
một phần NH3 được hình thành được thực vật hấp thụ, một phần kết hợp với các hợp
chất trong đất tạo tạo thành các muối amoni NH4+ (Alfred Brown, Heidi Smith, 2014).
Muối amoni một phần được cây trồng và vi sinh vật hấp thụ, một phần được oxy
hóa thành nitrate. Quá trình này gồm hai giai đoạn là nitrite hóa và nitrate hóa.
(Nitrosomonas)

NH4+

(Nitrobacter)

NO2-

NO3-

 Giai đoạn Nitrite hóa:
Là quá trình oxy hóa NH4+ thành NO2- được tiến hành bởi nhóm vi khuẩn nitrite
hóa thuộc nhóm tự dưỡng hóa năng, có khả năng oxy hóa NH4+ bằng oxy và tạo ra
năng lượng.
NH4+ + 3/2O2  NO2- + H2O + 2H + Q (năng lượng)

Năng lượng được dùng để đồng hóa CO2 tạo cacbon hữu cơ. Thực hiện trong môi
trường hiếu khí. Nhóm vi sinh vật Nitrite hóa bao gồm: Nitrosomonas, Nitrozolobus,
Nitrozocystis... (Gabriel Bitton, 2005),chúng là những vi khuẩn gram âm, hiếu khí, ưa
pH từ trung tính đến hơi kiềm.
 Giai đoạn Nitrate hóa:
NO2- được tạo thành từ giai đoạn nitrite tiếp tục được oxy hóa thành NO3- bởi
nhóm vi khuẩn Nitrate hóa,cũng tiến hành trong môi trường hiếu khí. đây cũng là các
vi khuẩn tự dưỡng hóa năng, chúng oxy hóa Nitrite để cung cấp năng lượng đồng hóa
CO2.
NO2- + 1/2O2  NO3-


7

Nhóm vi khuẩn khử Nitrate gồm: Nitrobacter, Nitrospira... chúng là những vi
khuẩn hiếu hiếu khí, ưa pH từ trung tính đến hơi kiềm. Ngoài ra một số loài vi khuẩn
dị dưỡng cũng có thể tiến hành nitrate hóa như: streptomyces, corynebacterium...
(Gabriel Bitton, 2005).
Trong đất quá trình nitrate hóa diễn ra rất mãnh liệt, các nhân tố ảnh hưởng đến
quá trình này là độ chua, độ thông thoáng của đất, lượng chất hữu cơ... Quá trình tạo
NO3- không xảy ra khi pH< 6, thường diễn ra ở pH = 6,2 – 9,0. Các vi khuẩn nitrate
hoá thường tập trung nhiều ở các lớp đất thoáng trên mặt đất, quá trình này diễn ra
mạnh ở 30 – 35oC, từ 10oC trờ xuống quá trình nitrate hóa bị ngưng trệ (Trần Thị
Xuân An, 2009).
c. Quá trình phản nitrate hóa (khử Nitrate)
Trong môi trường thiếu oxy các nhóm vi khuẩn khử Nitrate sẽ tách oxy của NO3để oxy hóa chất hữu cơ, phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.
Quá trình này xảy ra theo 4 giai đoạn như sau:
NO3-  NO2-  NO(K)  N2O(K)  N2(K)
Trong đó NO2-, NO, N2O là sản phẩm trung gian và mỗi giai đoạn được xúc tác
bởi một hệ enzzyme khác nhau, quá trình này được gọi là dị hóa.

Nhóm vi khuẩn thực hiện quá trình phản Nitrate hóa khá phong phú, Phần lớn
chúng

là các vi khuẩn dị dưỡng như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas,

paracocus, Achromobacter.... (Alfred Brown, Heidi Smith, 2014), (Gabriel Bitton,
2005), chúng là những vi khuẩn dị dưỡng hóa năng, kỵ khí không bắt buộc, các vi
khuẩn này có thể sử dụng O2 hoặc NO3- làm chất nhận electron cuối cùng trong quá
trình hô hấp (Phạm Thị Huệ, 2010).
Trong môi trường có oxy chúng sẽ xử dụng oxy làm chất nhận điện tử để oxy
hóa triệt để chất hữu cơ thành CO2 và nước.
C6H12O6 + 6O2  6CO2 +6H2O +Q(năng lượng)
Ở trong môi trường thiếu oxy chúng sẽ xử dụng NO3- hoặc có thể cả NO2 làm
chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp để oxy hóa chất hữu cơ.
C6H12O6 + 4NO3  6CO2 +6H2O + 2N2 + Q(năng lượng)


8
Ngoài ra cũng có một số vi khuẩn tự dưỡng tham gia vào quá trình phản nitrate
hóa như: Thiobacillus denitrificans, hydrogenomonas....
Vi khuẩn phản nitrate hóa phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chúng hoạt dộng
mạnh ở pH từ trung tính đến hơi kiềm. Khi các vi khuẩn phân giải nitrate, trong môi
trường sẽ tích luỹ một số gốc kiểm (K, Ca, Na). các gốc kiềm này sẽ sinh ra KOH,
Ca(OH)2, NaOH, do đó quá trình này bao giờ cũng làm kiềm hoá môi trường.
d. Quá trình cố định nitơ
Là quá trình cố định nitơ thành NH3 dưới tác dụng Enzyme của enzyme
Nitogenase của vi sinh vật. Đây là quá trình quan trọng nhất để chuyển hóa Nitơ vô cơ
thành Nito hữu cơ (Phạm Thị Huệ, 2010).
Có 3 nhóm sinh vật có khả năng cố định nitơ: Nhóm cộng sinh với cây họ đậu,
nhóm sống tự do trong đất và nhóm tảo. Trong đó góp phần quan trọng nhất là nhóm

Rhizobium cộng sinh với cây họ đậu. Cơ chế của quá trình cần enzyme nitrogenase của
vi sinh vật, legemoglobin của thực vật và năng lượng tế bào.
(Nitrogenase)

N2 + 6e + 12ATP + 12H2O

2NH4 + 12ATP + 12P + 4H+

Nitrogenase gồm hai thành phần khác nhau, một phần gồm protein và Fe, phần
còn lại gồm protein, Mo, Fe. Electron của chất khử sẽ đi vào thành phần thứ nhất (gồm
protein và Fe) sau đó được chuyển sang thành phần thứ hai, qua đó eclectron được
hoạt hóa có thể phản ứng với nito. nitơ cũng đi qua hai thành phần của Nitrogenase và
được hoạt hóa. Hydro được hoạt hóa nhờ các enzyme của hệ thống Hydrogenase.
Năng lượng dùng trong quá trình này là ATP của tế bào, cuối cùng NH3 được
hình thành. Khi hàm lượng NH3 đến một mức độ nào đó sẽ kìm hãm lại hoạt động của
Nitrogenase. Đó chính là yếu tố điều hòa hoạt tính của enzyme.
2.1.2. Chuyển hóa nito và tác hại của việc dư thừa nito trong nước thải
2.1.2.1. Trạng thái tồn tại và quá trình chuyển hóa của Nitơ trong nước thải
Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu cơ,
amoni và các hợp chất dạng ôxy hoá (NO2 -, NO3-)(Trần Đức Hạ, 2006). Các dạng này
là các khâu trong chuỗi phân hủy hợp chất chứa nitơ hữu cơ.


9

Hình 2.2. Quá trình chuyển hóa nito trong nước(nguồn:acc-biotech.com)
Các hợp chất chứa nitơ là các chất dinh dưỡng, chúng luôn luôn chuyển hóa
trong tự nhiên. Các hợp chất hữu cơ chứa nito được phân hủy bởi nhóm vi khuẩn
Amon hóa , Amoni được hấp thụ bởi vi thực vật nhưng ở môi trường nước Amoni gây
độc cho cá tôm và các vi sinh vật thủy sinh khác.

Là giai đoạn đầu của khâu chuyển hóa các hợp chất nitơ trong nước nên nếu
trong môi trường nước chứa nhiều hợp chất hữu cơ và amoni thì chứng tỏ mới bị ô
nhiễm. Amoni trong điều kiện kỵ khí cũng có thể hình thành từ các ion nitrate (NO3-)
do quá trình hô hấp kỵ khí còn gọi là quá trình amon hóa nitrate
Quá trình chuyển hóa từ amoni thành nitrite (NO2-) cần thời gian để các vi sinh
vật phân hủy, do đó nếu trong môi trường nước có chứa hàm lượng nitrite (NO2 -) là
chủ yếu thì thì nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài. Các ion nitrite (NO2-) là sản
phẩm trung gian của quá trình oxy hóa amoniac nhờ các vi khuẩn nitrosomonas, tuy
nhiên nó cũng có thể là sản phẩm chung gian của quá trình khử nitrate trong điều kiện
kỵ khí.
Nitrate là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ chứa
nito trong nước thải. Các ion nitrate (NO3-) bền vững trong điều kiện hiếu khí, chúng
dễ dàng được tảo, rêu và các thực vật thủy sinh hấp thụ. Trong điều kiện kỵ khí các ion


10
nitrate (NO3-) dễ bị vi sinh vật khử thành N2O, NO và sau cùng là nitơ phân tử và hòa
vào không khí.
2.1.2.2. Tác hại của việc dư thừa Nitơ trong nước thải
a. Đối với môi trường nước
Trong môi trường nước khi hàm lượng Nitơ cao gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến
hệ sinh thái trong môi trường nước, tác động trực tiếp đến hệ sinh vật trong chính môi
trường nước và môi trường trên cạn ở xung quanh.

Hình 2.3. Hiện tượng tảo nở hoa (nguồn: vast.ac.vn)
Khi trong nước thải có nhiều Amoniac có thể gây độc cho cá và hệ động vật thủy
sinh, làm suy giảm lượng oxy hòa tan trong nước (Trần Đức Hạ, 2006). Hàm lượng
nitơ trong nước cao khi chảy vào ao, hồ... làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng, do
vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo (hiện
tượng tảo nở hoa) gây nên tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, sản

sinh nhiều độc tố trong nước như NH4+, H2S, CO2, CH4... (Alfred Brown, Heidi
Smith, 2014), tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. Ta gọi đó là hiện tượng
phú dưỡng nguồn nước (Hình 2.3.).
b. Đối với sức khỏe con người


11
Là chất có khả năng hòa tan cao trong nước, các ion nitrate (NO3-) và nitrite
(NO2-) trong nước thải có thể dễ dàng hòa tan và xâm nhiễm vào các nguồn nước
ngầm sinh hoạt hằng ngày (Alfred Brown, Heidi Smith, 2014), khi xâm nhập vào cơ
thể người theo con đường ăn uống nó sẽ gây độc hại đối với con người.
Nước uống nhiễm NO3- có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của con người do sự khử
nitrate trong ruột. Sự khử NO3- thành NO2- do vi khuẩn và sự xâm nhập sau đó của
NO2- vào máu là nguyên nhân của sự tạo thành methahemoglobin. Ở đây oxy của
NO2- liên kết chặt không thuận nghịch với hemoglobin khiến cho hồng cầu mất khả
năng vận chuyển oxy. Các chủng vi khuẩn khử nitrate đi qua dạ dày bình thường chỉ
đến ruột chúng mới khử nitrate, sinh trưởng và tích lũy NO2-. Sự tạo thành
methahemoglobin đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường xanh
xao và dễ bị đe dọa tới cuộc sống đặc biệt là trẻ em dưới 6 tháng tuổi. Ở trẻ em lớn
tuổi và người lớn vi khuẩn bị chết trong dịch vị có pH axit, NO2- được hấp thụ lại
trước khi bị khử trong ruột ở pH thích hợp. NO2- còn là chất độc gây bệnh ung thư vì
nó tạo thành axit nitơ trong nước sau đó kết hợp với các axit amin để tạo thành
Nitrosamin là một trong các tác nhân gây ung thư cho con người (Alfred Brown, Heidi
Smith, 2014).
Amoniac hầu như không có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người, nhưng
trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý...amoniac được chuyển hoá thành nitrit
(NO2-) và nitrat (NO3-) là những chất có tính độc hại đối với con người. Ngoài ra, nếu
trong nước sinh hoạt hằng ngày tồn tại amoniac sẽ làm giảm hiệu quả của khâu clo hoá
sát trùng là bước cuối cùng trong quá trình xử lý nước hiện hành, nhằm đảm bảo nước
hoàn toàn an toàn về mặt vi sinh khi đến tay người tiêu dùng. Khi có mặt amoniac, hợp

chất này phản ứng ngay với clo tạo thành cloramin (bao gồm monochloramine,
dichloramine, trichloramine, organochloramine) có tính sát khuẩn kém hàng trăm lần
so với clo nguyên tố. Bên cạnh đó amoniac là nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật
nước, tảo sinh trưởng và phát triển. Sự phát triển này làm ô nhiễm nước thứ cấp trong
quá trình lưu trữ, đồng thời sinh ra các chất độc nitrite và nitrate.


12
2.1.3. Xử lý nước thải giàu hợp chất chứa nitơ ứng dụng vi khuẩn phản nitrat hóa
2.1.3.1. Vi khuẩn phản nitrate hóa loại bỏ nitơ trong nước thải
Trong các quá trình chuyển hóa nitơ trong nước, không giống các quá trình amon
hóa, nitrate hóa xảy ra trong điều kiện hiếu khí, nơi có lượng oxy tự do hòa tan cao
trên tầng bề mặt nguồn nước. Quá trình phản nitrate hóa là quá trình chuyển hóa nitơ
duy nhất xảy ra trong điều kiện kỵ khí, quá trình này khử và tách Nitơ phân tử từ ion
nitrate (NO3-) loại nito phân tử ra khỏi môi trường nước trả lại nitơ cho khí quyển, ổn
định vòng tuần hạn nitơ, không làm cạn kiệt nguồn nitơ trong khí quyển.
Trong môi trường nước quá trình phản nitrate hóa xảy ra ở tầng đáy bùn, chỗ
nước ngập lâu ngày, thiếu oxy hòa tan, quá trình này làm phân hủy nitrate và Nitrite
nên đối với trồng trọt nông nghiệp thì quá trình Nitrate là quá trình có hại cho cây
trồng khi sử dụng các loại phân bón chứa nito (Alfred Brown, Heidi Smith, 2014), tuy
nhiên trong nước thải thì quá trình phản nitrate hóa là quá trình có lợi vì quá trình phản
nitrate hóa làm giảm hàm lượng nitrate, nitrite trong nước, hạn chế tình trạng dư thừa
nitrate trong nước (gây phú dưỡng nguồn nước, làm giảm lượng oxy hòa tan... tác
động tiêu cực môi trường sinh thái dưới nước) hạn chế sự xâm nhiễm của nitrate và
nitrite vào nguồn nước ngầm, vì vậy quá trình phản nitrate hóa được áp dụng trong
các cở sở xử lý nước thải sinh học.
Các vi khuẩn phản nitrate hóa hầu hết là vi khuẩn tự dưỡng, kỵ khí không bắt
buộc, nếu cả nitrate (NO3-) và oxy tự do (O2) cùng có mặt thì chúng sẽ sử dụng O2 làm
chất nhận electron vì hô hấp hiếu khí sẽ sinh ra nhiều năng lượng hơn hô hấp kỵ khí.
Số lượng các chủng vi khuẩn phản nitrate hóa rất phong phú, chúng phần lớn là

các vi khuẩn dị dưỡng, bao gồm các vi khuẩn như: Bacillus, Pseudomonas,
Methanomonas, paracocus, Thiobacillus... trong đó chủng vi khuẩn đặc trưng được áp
dụng nghiên cứu nhiều nhất trong quá trình phản nitrate hóa là Pseudomonas,
Paracoccus và Bacillus.
Cũng như các loài vi khuẩn dị dưỡng khác vi khuẩn phản nitrate hóa sử dụng
nguồn carbon hữu cơ để tổng hợp tế bào, chỉ có một số ít loài vi khuẩn phản nitrate tự


13
dưỡng, chúng không sử dụng nguồn cacbon hữu cơ mà sử dụng nguồn cacbon vô cơ
để tổng hợp tế bào.
2.1.3.2. Đặc điểm sinh học của một số vi khuẩn phản nitrate hóa
a. Đặc điểm sinh học của vi khuẩn Pseudomonas
Pseudomonas là chi vi khuẩn sống tự do, có mặt ở hầu hết mọi nơi trong môi
trường sống, là vi khuẩn dị dưỡng hóa năng có khả năng sử dụng linh hoạt một loạt
các hợp chất hữu cơ và các chất vô cơ trong quá trình sinh trưởng và tổng hợp sinh
khối (Martin Dworkin và cs, 2002).
Vi khuẩn Pseudomonas có thể sống và sinh trưởng trong nhiều điều kiện khác
nhau của môi trường,chúng có mặt ở trong đất, trong môi trường nước trong các loài
thực vật, động vật và cả con người.
Chi Pseudomonas được biết đến với khả năng chuyển hóa nhanh hầu hết các
chất, có tính di truyền cao và sự sinh trưởng nhanh chóng. khả năng đặc biệt là chuyển
hóa một số chất như chất hữu cơ Hidrocacbon béo, hidrocacbon thơm và thường đề
kháng với thuốc kháng sinh, thuốc khử trùng, chất tẩy rửa, kim loại nặng....
Vi khuẩn Pseudomonas có đặc điểm hình thái học chung là tế bào hình que dạng
thẳng hoặc hơi cong thanh nhưng không xoắn, rộng khoảng 0,5-1µm (Martin Dworkin
và cs, 2002), dài khoảng 1,5-5µm. Các tế bào thường rời rạc, đôi khi theo hoặc dây
chuyền ngắn. Là vi khuẩn Gram âm, có khả năng di động nhờ có roi.
Vi khuẩn Pseudomonas có khả năng sống trong dải nhiệt độ rộng từ 4- 420C chúng
phát triển tốt nhất ở khoảng 28-300C, khi nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao chúng sẽ ngừng

hoạt động. Pseudomonas sinh trưởng mạnh nhất ở pH trung tính đến hơi kiềm. Thích nghi
với dải pH rộng, chúng có khả năng sinh trưởng trong khoảng pH từ 4-8.
Là vi khuẩn hiếu khí tùy tiện, tuy nhiên vi khuẩn Psedomonas có mặt nhiều
hơn trong môi trường hiếu khí nơi nguồn dinh dưỡng.trong quá trình hô hấp
chúng sử dụng oxy làm chất nhận điện tử Tuy nhiên trong môi trường kỵ khí
chúng có thể sử dụng nitrate làm chất nhận điện tử thay thế, chính vì thế chúng
vẫn có thể sinh trưởng và phát triển bình thưởng trong môi trường kỵ khí. Trong
điều kiện phòng thí nghiệm khi phân lập vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas người


14
ta thường bổ sung nguồn hữu cơ chứa carbon và nitơ và cho thêm các hợp chất
chứa nitrate và nuôi cấy trong điều kiện kỵ khí.
b. Đặc điểm sinh học của vi khuẩn Paracoccus
Vi khuẩn Paracoccus lần đầu tiên được phân lập và nghiên cứu bởi hai nhà vi
sinh vật học là Beijerinck và Minkman (1910). Ban đầu được đặt tên là Micrococcus
Denitrificans, chúng được phân lập trong điều kiện kỵ khí, môi trường chứa canh thịt
bổ sung các hợp chất chứa ion nitrate (10g/l), sau quá trình nuôi cấy phân lập,
Paracoccus phát triển mạnh và làm chuyển hóa ion NO3- thành nitrite (NO2-) và tạo
bọt khí N2 nổi lên trên bề mặt môi trường. Sau đó đã có nhiều công trình nghiên cứu
về chi vi khuẩn này như Koster (1996). Paracoccus trở thành loài vi khuẩn chính điển
hình trong việc nghiên cứu về quá trình khử nitơ trong cả hai môi trường đất và nước.
Vi khuẩn Paracoccus có đặc điểm hình thái học chung là tế bào hình cầu (cầu
khuẩn) có đường kính tế bào khoảng từ 0,4-0,9µm, một số có tế bào hình trực cầu
khuẩn có kích thước tế bào lên đến khoảng 2µm. Các tế bào thường đơn lẻ đôi khi theo
từng cặp. Paracoccus là vi khuẩn gram âm (G-), và không có khả năng di động
(Martin Dworkin và cs, 2002).
Paracoccus là vi khuẩn hiếu khí tùy tiện sinh trưởng mạnh trong cả hai điều kiện
hiếu khí và kỵ khí, chúng có thể sử dụng oxy tự do và nitrate làm chất nhận electron
cuối cùng trong quá trình hô hấp. Nguồn dinh dưỡng để tổng hợp tế bào là các hợp

chất hữu cơ chứa nitơ và Carbon như Peptone, Asparagin, acid citric, methanol.. và
một số các nguyên tố khoáng đa vi lượng như K, Mg, Fe, P.. do đó trong quá trình
phân lập và nuôi cấy người ta thường bổ sung và nguyên tố trên dưới dạng hợp chất
với hàm lượng ít đủ để vi khuẩn sinh trưởng và phát triển tốt nhất.
Vi khuẩn Paracoccus có thể sinh trưởng trên dải nhiệt độ rộng, từ khoảng 540oC, chúng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ từ 25-37oC, pH tối ưu nằm trong khoảng pH
từ 6,5-8,5.
Vi khuẩn Paracoccus có ở tầng đáy bùn các kênh, mương, suối, ao, hồ... nơi có
nhiều rác thải sinh hoạt, chăn nuôi xả vào môi trường nước dẫn đến tròn nước có hàm
lượng nito cao. Sự có mặt của vi khuẩn Paraacoccus và các loài vi khuẩn khác có khả


15
năng sử dụng nitrate làm chất nhận electron trong môi trường nước là quá trình có lợi
vì chúng làm giảm hàm lượng nitơ trong nước, giảm hiện tượng phú dưỡng cũng như
hạn chế sự xâm nhập của nitrate và nitrite vào nước ngầm (Martin Dworkin và cs,
2002). tuy nhiên trong nông nghiệp trồng trọt sự có mặt của chúng lại quá trình có hại
vì chúng làm giảm lượng đạm nito cung cấp cho cấy trồng gây hao phí lượng lơn phân
đạm và thiệt hại cho cây trồng (Alfred Brown, Heidi Smith, 2014).
2.1.3.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản nitrate hóa
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phản nitrate hóa
Quá trình phản nitrate hóa vẫn có thể xảy ra ở nhiệt độ cao từ 35-500C và nhiệt
độ thấp từ 5- 100C , nhưng ở tốc độ của quá trình rất chậm ( Gabriel Bitton, 2005). Đa
số các loài vi khuẩn phản nitrate hóa đều dễ thích nghi với sự thay đổi của nhiệt độ do
đó điều quan trọng là phải xem xét sự khác nhau giữa ảnh hưởng của nhiệt độ trong
thời gian dài và thời gian ngắn tới quá trình phản nitrate hóa.
Tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật và tốc độ khử nitrate đều chịu ảnh hưởng bởi
nhiệt độ nên cần phải thử nghiệm ở hai điều kiện là nhiệt độ thay đổi nhanh tức thời và
thay đổi chậm.
b. Ảnh hưởng của PH đến quá trình phản nitrate hóa
Ở pH thấp quá trình phản nitrate hóa không thể xảy ra được bởi pH thấp làm

giảm hoạt động của của các vi khuẩn nitrate. Nhiều nghiên cứu khác nhau chỉ ra các
giá trị pH tối ưu cho quá trình phản nitrate hóa khác nhau, nhưng phần lớn đều cho
thấy rằng tốc độ phản nitrate hóa có giá trị cao nhất từ pH trung tính đến hơi kiềm, ở
khoảng pH từ 7-7,5 (Christensen, M.H, 1977).
Tác động của pH cũng phụ thuộc vào thời gian tác động, trong quá trình phản
nitrate hóa xảy ra pH môi trường không thay đổi nhiều bởi quá trình phản nitrate hóa
sinh ra acid nhưng đồng thời cũng sinh ra kiềm để trung hòa.
c. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến quá trình phản nitrate hóa


16

Là nguồn vật chất cung cấp chất C trong quá trình sinh trưởng tổng hợp sinh khối
của vi khuẩn phản nitrate hóa (Nguyễn Lân Dũng và cs, 2000). Các vi khuẩn phản
nitrate hóa thưởng chỉ sử dụng được một số nguồn carbon chọn lọc gồm các acid hữu
cơ (acid lactic, acid citric...), methanol, ethanol, peptone...
Đa số các loài vi khuẩn phản nitrate hóa không thể sử dụng hoặc ít sử dụng được
các nguồn carbon phổ biến như đường (glucose, fructose, maltose, saccarose, tinh bột,
galactose, lactose, mannite, cellobiose, cellulose, hemicellulose, chitin...) và các hợp
chất carbon vô cơ khác (các muối carbonat, carbon oxit)( Gabriel Bitton, 2005).
Ngoài ra sự có mặt của nguồn carbon ở các nồng độ khác nhau cũng ảnh hưởng
lớn đến sinh trưởng của vi khuẩn phản nitrate hóa, do đó ảnh hưởng đến tốc độ của
quá trình phản nitrate hóa.
d. Ảnh hưởng của các yếu tố khác đến quá trình phản nitrate hóa
- Lượng oxy hòa tan (DO): Quá trình phản nitrate hóa xảy ra khi NO3- được vi
sinh vật sử dụng làm chất nhận điện tử trong phản ứng oxy hóa chất hữu cơ thu năng
lượng trong điều kiện kỵ khí, nếu môi trường có oxy vi sinh vật sẽ ưu tiên sử dụng oxy
làm chất nhận điện tử khi đó quá trình phản nitrate hóa bị cản trở.
- Nguồn nitơ: nguồn nitơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi khuẩn phản nitrate
hóa là các hợp chất hữu cơ chứa nito, bao gồm peptone, các aminoacid, cao thịt...

(U.S. EPA, 1975). Các vi khuẩn phản nitrate hóa sử dụng nitrate làm chất nhận
electron nhưng lại không thể đồng hóa nitơ làm nguồn nitơ để tổng hợp tế bào do
không thể khử nitrate thành muối NH4+ (Nguyễn Hoài Hương, 2009), do đo trong nuôi
cấy vi khuẩn phản nitrate hóa người ta thường phải bổ sung các hợp chất hữu kể trên
vào môi trường để vi khuẩn phản nitrate hóa có thể sử dụng trong quá trình sinh
trưởng và tổng hợp sinh khối tế bào.
- Nguồn muối khoáng: Gồm các nguyên tố đa, vi lượng như P, K, Mg, S, Ca, Zn,
Mo...(Nguyễn Lân Dũng và cs, 2000), phần lớn là vi khuẩn dị dưỡng hóa năng nên các