Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt đô thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ĐỂ XỬ
LÝ LƯU HUỲNH TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT
ĐÔ THỊ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ:
PHẠM LÊ PHƯƠNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN VĂN CÁCH

HÀ NỘI 2011


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................4
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ...................................................................5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................6
PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................8
I.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm nước ..............................................................8
I.1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước trên thế giới ...................................9
I.1.2. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam ..................................9

I.2. Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị và sự ô nhiễm .......................................10
I.3. Các dạng hợp chất của lưu huỳnh ..................................................................13
I.4. Ứng dụng của lưu huỳnh ................................................................................14
I.5. Vai trò sinh học ..............................................................................................15
I.6. Ảnh hưởng của lưu huỳnh ..............................................................................16
I.6.1. Ảnh hưởng đến môi trường.....................................................................16
I.6.2. Ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.................................................19
I.7. Vi khuẩn lưu huỳnh ........................................................................................20
I.7.1. Các loại vi khuẩn lưu huỳnh ...................................................................20
I.7.2. Chu trình lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên của vi sinh vật .............22
I.8. Các phương pháp loại bỏ lưu huỳnh trong nước thải.....................................24
I.8.1. Phương pháp hóa học ..............................................................................24
I.8.2. Phương pháp sinh học .............................................................................25
I.9. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải sinh hoạt .................................................27
I.10. Tình hình xử lý lưu huỳnh trong nước thải ..................................................27
I.10.1. Trên thế giới ..........................................................................................27
I.10.2. Tại Việt Nam.........................................................................................29
PHẦN II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ........................................................30
II.1. Vật liệu ..........................................................................................................30
II.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................30

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
1


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

II.1.2. Hóa chất .................................................................................................30
II.1.3. Máy móc thiết bị ....................................................................................30
II.2. Môi trường ....................................................................................................30
II.2.1. Môi trường phân lập và nuôi cấy vi sinh vật .........................................30
II.2.2. Môi trường tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng khử sulfua ..........32
II.2.3. Môi trường xác định khả năng khử sulfua của vi sinh vật ....................32
II.3. Phương pháp..................................................................................................33
II.3.1. Lấy mẫu .................................................................................................33
II.3.2. Phương pháp xác định đa dạng sinh học trong bùn hoạt tính ở sông Kim
Ngưu .................................................................................................................33
II.3.3. Phương pháp phân lập vi khuẩn.............................................................35
II.3.4. Phương pháp cấy truyền và giữ giống ...................................................36
II.3.5. Phương pháp nhân giống vi khuẩn ........................................................36
III.3.6. Phương pháp xác định nồng độ H2S trong mẫu nước thải ...................36
II.3.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng khử
H2S của chủng B7.............................................................................................38
II.3.8. Khảo sát các yếu tố diễn ra trong quá trình khử sulfua của chủng vi
khuẩn phân lập được.........................................................................................38
PHẨN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................43
III.1. Xác định vi khuẩn Thiobacillus sp. trong bùn hoạt tính ở sông kim Ngưu.43
III.1.1. Tách chiết DNA tổng số từ các mẫu môi trường .................................43
III.1.2. PCR và phân tích điện di biến tính.......................................................43
III.2. Kết quả phân lập và tuyển chọn vi sinh vật có khả năng xử lý lưu huỳnh
trong nước thải. .....................................................................................................45
III.3. Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng khử H2S của chủng vi
khuẩn phân lập được .............................................................................................46
III.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ .......................................................................46
III.3.2. Ảnh hưởng của pH môi trường ban đầu...............................................47
III.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ sunfat ban đầu ..............................................48

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
2


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

III.3.4. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy .......................................................49
III.4. Khảo sát các yếu tố diễn ra trong quá trình khử sunfua của chủng vi khuẩn
phân lập được........................................................................................................51
III.4.1. Khảo sát khả năng khử sulfua của chủng vi khuẩn B7 phân lập được.51
III.4.2. Khảo sát sự tạo thành ion sunfat SO42 ..................................................56
III.4.3. Khảo sát sự thay đổi pH trong môi trường...........................................57
III.5. Quy trình tạo chế phẩm sinh học để xử lý H2S trong nước thải sinh hoạt ..58
III.6. Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S trong nước thải quy mô phòng thí
nghiệm...................................................................................................................59
KẾT LUẬN ..............................................................................................................62
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................64

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
3

Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 . Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt - TCVN 6772…………………. 27
Bảng 3.1. Khả năng khử sunfua trong nước thải của các chủng vi khuẩn
phân lập được……………………………………………………………… 45
Bảng 3.2. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các nhiệt độ khác nhau……

46

Bảng 3.3. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các pH khác nhau…………. 47
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ sulfate đến khả năng khử H2S của
chủng B7…………………………………………………………………...

48

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng khử H2S của
chủng B7…………………………………………………………………...

50

Bảng 3.6. Khảo sát khả năng khử sunfua của chủng vi khuẩn B7 trên môi
trường MT1………………………………………………………………... 51
Bảng 3.7. Khảo sát khả năng khử sunfua của chủng vi khuẩn B7 trên môi
trường MT2………………………………………………………………... 53
Bảng 3.8. Khảo sát khả năng khử sunfua của chủng vi khuẩn B7 trên môi
trường MT3………………………………………………………………... 54
Bảng 3.9. Sự thay đổi pH của chủng vi khuẩn B7 trong 3 môi trường

khác nhau…………………………………………………………………..

57

Bảng 3.10. Kết quả xử lý nước thái trước và sau khi bổ sung chế phẩm
sau 14 ngày………………………………………………………………… 60

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
4


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1.Ô nhiễm nước tại sông Kim Ngưu – Yên Sở................................... 12
Hình 1.2. Sự hình thành H2S và sự ăn mòn do quá trình oxy hóa H2S thành
H2SO4……………………………………………………………………….. 18
Hình 1.3. Hình ảnh đường ống bị ăn mòn…………………………………..

19

Hình 1.4. Chu trình sunfua (Lưu huỳnh) trong tự nhiên……………………. 22
Hình 1.5. Quá trình chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh trong tự nhiên…… 24
Hình 3.1. Kết quả điện di DNA từ mẫu bùn hoạt tính và mẫu nước thải…... 43
Hình 3.2. Hình ảnh DNA sau khi khuếch đại bằng phản ứng PCR………… 44
Hình 3.3. Kết quả diện di biến tính DNA ………………………………….. 44

Hình 3.4. Hình ảnh khuẩn lạc của chủng B7 phân lập được………………..

46

Hình 3.5. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các nhiệt độ khác nhau……... 47
Hình 3.6. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các pH khác nhau…………... 48
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ sunfat đến khả năng khử H2S của chủng
B7…………………………………………………………………………… 49
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng khử H2S của
chủng B7……………………………………………………………………. 50
Hình 3.9. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT1…………

52

Hình 3.10. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT2………..

53

Hình 3.11. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT3………..

55

Hình 3.12 Khả năng khử H2S của chủng vi khuẩn B7 trong các môi trường
khác nhau theo thời gian……………………………………………………. 55
Hình 3.13 Phản ứng theo dõi sự hình thành ion sunfat……………………... 56
Hình 3.14. Hình ảnh chế phẩm vi sinh xử lý H2S trong nước thải…………. 59
Hình 3.15. Thử nghiệm xử lý nước thải sông Kim ngưu bằng chế phẩm vi
sinh tạo được quy mô phòng thí nghiệm……………………………………

Phạm Lê Phương

60

MSHV: CB090728
5


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011
MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đã và đang là một vấn đề quan trọng, hệ quả của một
quá trình phát triển nóng của các nước đang phát triển trong giai đoạn công nghiệp
hóa và hiện đại hóa. Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp và dịch
vụ, quá trình đô thị hóa và tập trung dân cư nhanh chóng là những nguyên nhân gây
nên hiện trạng quá tải môi trường.
Ở Việt Nam, phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và
nông thôn đều chưa được xử lý đúng quy cách. Nước thải từ các khu vệ sinh mới
chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu xả ra môi
trường, là nguyên nhân gây ô nhiễm, lây lan bệnh tật. Đó là chưa kể dòng nước thải
sinh hoạt từ nhà bếp, tắm, giặt... thường không được xử lý qua bể tự hoại, góp phần
làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.
Ion sunfat là một trong những anion thường gặp trong nước tự nhiên. Nó là
chỉ tiêu quan trọng trong nước cấp vì khi hàm lượng SO42- trong nước cao sẽ gây
ảnh hưởng đến con người do tính chất tẩy rửa của sunfat. từ lý do này đối với nước
cấp, nồng độ giới hạn của sunfat là 250mg/l. Ngoài ra trong nước cấp cho công
nghiệp và sinh hoạt, chỉ tiêu SO42- cũng rất quan trọng do khả năng kết hợp với các
ion kim loại trong nước hình thành cặn trong các thiết bị đun nước, lò hơi và các
thiết bị trao đổi nhiệt.

Trong xử lý nước thải, chỉ tiêu SO42- cũng được quan tâm do vấn đề mùi và
ăn mòn đường ống do quá trình khử sunfat thành hydrogen sulfide trong điều kiện
kỵ khí. Chính vì vậy tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để
xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt đô thị”.

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
6


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

MỤC TIÊU
Tuyển chọn được chủng vi khuẩn có khả năng xử lý lưu huỳnh cao và tạo
chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

•

Phân lập chủng vi sinh vật có khả năng khử hydro sunfua trong nước

thải.

•

Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính khử cao.

•

Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng khử H2S của

chủng vi khuẩn phân lập được.

•

Khảo sát các yếu tố diễn ra trong quá trình khử sunfua của chủng

được tuyển chọn.

•

Tạo chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt

•

Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S trong nước thải quy mô

phòng thí nghiệm

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
7


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
I.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm nước
Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, quyết định sự
thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội,
bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay nguồn tài nguyên thiên nhiên quý
hiếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nguy
cơ thiếu nước, đặc biệt là nước ngọt và sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn
vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó con người cần
phải nhanh chóng có các biện pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên
nước.
Ô nhiễm nước có thể được định nghĩa bằng nhiều cách như khi nồng độ một
hoặc nhiều chất cụ thể trong nước vượt quá tải lượng của môi trường trong khoảng
thời gian đủ để gây tác động hay hậu quả rõ rệt ta gọi là ô nhiễm nước.
Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi
nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy
hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho
động vật nuôi và các loài hoang dã".
Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa
vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết
của chúng.
Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ
yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vào môi trường nước (VloSer, 2009).
Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm
nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hoá chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các
tác nhân vật lý.
Hiện nay, đã có nhiều hoạt động tuyên truyền chủ trương xã hội hoá công tác
bảo vệ tài nguyên nước, đưa ra nhiều biện pháp nhằm kêu gọi tất cả các thành viên

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
8


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

trong xã hội nâng cao ý thức, cùng hành động tích cực bảo vệ nguồn tài nguyên
thiên nhiên này. Bảo vệ tài nguyên nước là nhiệm vụ cấp bách, nó không chỉ đáp
ứng các yêu cầu trước mắt mà còn tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp bảo vệ tài
nguyên và môi trường trong tương lai lâu dài, vì đó là sự sống còn của chính chúng
ta và con cháu sau này.
I.1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước trên thế giới
Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ
đáng lo ngại. Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ.
Ta có thể kể ra đây vài thí dụ tiêu biểu.
Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch, nó trở thành ống
cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này. Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước
khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt.
Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề
cũng không khác bao nhiêu. Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ
18. Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng
làm nước sinh hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm. Sông Rhin chảy
qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều
tai nạn (như nạn cháy nhà máy thuốc Sandoz ở Bale năm 1986 chẳng hạn) thêm vào
các nguồn ô nhiễm thường xuyên.

Ở Hoa Kỳ tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng khác.
Vùng Ðại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng.
I.1.2. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam
Nước ta có nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp và
các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ra ở nhiều nơi với
các mức độ nghiêm trọng khác nhau (Cao Liêm và Trần Ðức Viên, 1990).
Nông nghiệp là ngành sử dụng nhiều nước nhất dùng tưới lúa và hoa màu,
chủ yếu là ở đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng. Việc sử dụng nông dược và
phân bón hóa học càng góp thêm phần ô nhiễm môi trường nông thôn.

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
9


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

Công nghiệp là ngành làm ô nhiễm nước quan trọng, mỗi ngành có một loại
nước thải khác nhau. Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước biến Sông Cầu thành
màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số. Khu công nghiệp Việt
Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải của nhà máy hóa chất, thuốc trừ sâu,
giấy, dệt... xuống Sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể. Khu công nghiệp
Biên Hòa và TP HCM tạo ra nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt rất lớn, làm
nhiễm bẩn tất cả các sông rạch ở đây và cả vùng phụ cận.
Nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do dân số và
các đô thị. Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ sở tiểu
thủ công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ở nước ta.

Ðiều đáng nói là các loại nước thải đều được trực tiếp thải ra môi trường, chưa xử lý
triệt để, vì nước ta chưa có hệ thống xử lý nước thải nào đúng nghĩa như tên gọi của
nó.
Nước ngầm cũng bị ô nhiễm, do nước sinh hoạt hay công nghiệp và nông
nghiệp. Việc khai thác tràn lan nước ngầm làm cho hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm
phèn xảy ra ở những vùng ven biển sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long,
ven biển miền Trung... (Cao Liêm và Trần Ðức Viên, 1990).
I.2. Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị và sự ô nhiễm
Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp
lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường
nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước
thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công
nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý
chất thải.
Nước thải đô thị bao gồm cả nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động
sinh hoạt của các cộng đồng dân cư, các loại nước thấm và nước thải sản xuất thải
ra từ các công trình công nghiệp [6]. Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ
sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt, cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các
dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch,

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
10


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

vui chơi, giải trí. Chúng thường được thu gom vào các kênh dẫn thải. Một yếu tố
gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh được lây
truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm
các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán (vacne.org.vn). Đặc
trưng của nước thải đô thị hiện nay là chứa nồng độ chất hữu cơ ở mức cao và nhiều
chất hoạt động bề mặt từ việc sử dụng nhiều chất tẩy rửa như xà phòng, nước rửa
chén...
Ông Yutaka Matsuzawa - Chuyên gia môi trường của Tổ chức Hợp tác Quốc
tế Nhật Bản (JICA) tại Việt Nam đã nhận định: “Quá trình đô thị hoá tại Việt Nam
diễn ra rất nhanh. Những đô thị lớn tại Việt Nam như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải
Phòng, Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề. Đô thị ngày càng phình ra tại Việt
Nam, nhưng cơ sở hạ tầng lại phát triển không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý
nước thải sinh hoạt tại Việt Nam vô cùng thô sơ. Có thể nói rằng, người Việt Nam
đang làm ô nhiễm nguồn nước uống chính bằng nước sinh hoạt thải ra hàng ngày”.
Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam, nước thải sinh hoạt
chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính
gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi.
Ước tính, hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý (VACNE,
2010).
Chuyên gia Matsuzawa cho rằng, quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá
khiến luồng di cư đổ về đô thị. Song việc thu gom, xử lý rác thải và nước thải sinh
hoạt lại không được để ý. “Tôi chắc chắn rằng, Việt Nam trong vòng ít nhất là 1015 năm nữa sẽ còn phải hứng chịu các tác động nặng nề do nước thải sinh hoạt
không được xử lý. Đây là lý do vì sao tôi nói rằng, ô nhiễm nước thải sinh hoạt
đang là vấn đề nghiêm trọng nhất mà Việt Nam đang đối mặt”, ông khẳng định.
Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố hồi
đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều
kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém. Còn theo thống kê của Bộ Y tế,
hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước. Người dân ở

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
11


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường
nước đang ngày một ô nhiễm trầm trọng.
Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ
thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương).
Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh
viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải, một lượng rác thải rắn lớn
trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô
nhiễm nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố
lớn là rất nặng.
Tổng lượng nước thải của thành phố Hà Nội, theo báo cáo của Ủy ban Khoa
học Công nghệ và Môi trường (2006), lên tới 300.000-400.000m3/ngày, trong đó
2/3 là nước thải sinh hoạt.

Hình 1.1.Ô nhiễm nước tại sông Kim Ngưu – Yên Sở
Theo thông báo mới nhất của UBND thành phố Hà Nội (2006), tình trạng ô
nhiễm môi trường do hoạt động công nghiệp tuy đã có chuyển biến nhưng vẫn còn
hơn 90% tổng lượng nước thải sinh hoạt và nước thải của các cơ sở sản xuất, bệnh
viện, dịch vụ và làng nghề chưa được xử lý. Chỉ có một số ít nhà máy và bệnh viện
được trang bị hệ thống xử lý nước thải tại chỗ, và chỉ có 8-10% tổng lượng nước

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
12


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

thải đô thị được xử lý ở bốn nhà máy xử lý nước thải mới xây dựng với tổng công
suất 48.000 m3/ngày [5].
Ở thành phố Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4.000 tấn/ngày; chỉ
có 24/142 cơ sở y tế lớn là có xử lý nước thải; khoảng 3.000 cơ sở sản xuất gây ô
nhiễm thuộc diện phải di dời.
Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải
Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt đô thị cũng
không được xử lý, độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá
tiêu chuẩn cho phép (TCCP).
Như vậy nghiên cứu để đưa ra phương án xử lý là vấn đề vô cùng cấp thiết
hiện nay.
I.3. Các dạng hợp chất của lưu huỳnh [24]
* Các dạng hợp chất vô cơ
•

Các sunfua (S2-) là các hợp chất đơn giản nhất của lưu huỳnh với các nguyên
tố hóa học khác.

•

Các sulfit (SO32-), các muối của axít sulfurơ, H2SO3, được tạo ra bằng cách
hòa tan SO2 trong nước. Axít sulfurơ và các sulfit tương ứng là các chất khử
tương đối mạnh. Các hợp chất dẫn xuất khác từ SO2 còn có các ion pyrosulfit
hay mêtabisulfit (S2O52−).

•

Các sulfat (SO42-), các muối của axít sulfuric. Axít sulfuric cũng phản ứng
với SO3 trong các tỷ lệ đẳng phân tử gam để tạo ra axít pyrosulfuric
(H2S2O7).

•

Các thiôsulfat (đôi khi được gọi là thiôsulfit hay "hyposulfit") (S2O32−)- như
thiôsulfat natri được dùng như các chất cố định trong nhiếp ảnh (trong vai trò
của các chất khử) và thiôsulfat amôni đã được phát hiện như là chất thay thế
cho các xyanua trong lọc quặng vàng.

•

Đithiônit natri, Na2S2O4 tạo ra từ axít hyposulfurơ/đithiônơ - là một chất khử
mạnh.

•

Đithiônat natri (Na2S2O6)

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728

13


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

•

Các axít polythiônic (H2SnO6), trong đó n dao động từ 3 đến 80.

•

Axít perôxymônôsulfuric (H2SO5) và axít perôxyđisulfuric (H2S2O8)-được
điều chế từ phản ứng của SO3 hay H2SO4 với H2O2 đậm đặc một cách tương
ứng.

•

Các polisunfua natri (Na2Sx)

•

Hexaflorua lưu huỳnh, SF6, một tác nhân đẩy nặng, dạng khí, không phản
ứng và không độc

•

Têtranitrua têtra lưu huỳnh S4N4.

•

Các thiôxyanat là các hợp chất chứa ion thiôxyanat, SCN-. Liên quan đến các
ion này là thiôxyanôgen, (SCN)2.

* Các dạng hợp chất hữu cơ
•

đimêtyl sulfôniôprôpiônat (DMSP; (CH3)2S+CH2CH2COO-) là thành phần
trung tâm của chu trình lưu huỳnh hữu cơ trong đại dương.

•

Các thiôête là các phân tử với công thức tổng quát dạng R-S-R′, trong đó R
và R′ là các nhóm hữu cơ. Các chất này là sự tương đương của các ête (lưu
huỳnh thay thế ôxy).

•

Các thiol (hay mecaptan) là các phân tử với nhóm chức -SH. Chúng là các
chất tương đương với rượu (lưu huỳnh thay thế ôxy).

•

Các thiolat có nhóm chức -S- gắn vào. Chúng là các chất tương đương của
các ankôxít (lưu huỳnh thay thế ôxy).

•

Sulfôxít là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các

nhóm hữu cơ. Một chất phổ biến trong số các sulfôxít là DMSO.

•

Sulfon là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các
nhóm hữu cơ.

•

Thuốc thử Lawesson là thuốc thử hóa học có thể lấy ôxy từ các chất hữu cơ
khác và thay nó bằng lưu huỳnh.

•

Naptalen-1,8-điyl 1,3,2,4-đithiađiphốtphetan 2,4-đisunfua

I.4. Ứng dụng của lưu huỳnh [24]

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
14


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Thông qua dẫn xuất chính
của nó là axít sulfuric (H2SO4), lưu huỳnh được đánh giá là một trong các nguyên tố

quan trọng nhất được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp. Nó là quan trọng bậc
nhất đối với mọi lĩnh vực của nền kinh tế thế giới.
Sản xuất axít sulfuric nguyên liệu chính là lưu huỳnh, và việc tiêu thụ axít
sulfuric được coi như một trong các chỉ số tốt nhất về sự phát triển công nghiệp của
một quốc gia. Axít sulfuric được sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ nhiều hơn bất kỳ hóa
chất công nghiệp nào khác.
Lưu huỳnh cũng được sử dụng trong ắc quy, bột giặt, lưu hóa cao su, thuốc
diệt nấm và trong sản xuất các phân bón phốtphat. Các sunfit được sử dụng để làm
trắng giấy và làm chất bảo quản trong rượu vang và làm khô hoa quả. Do bản chất
dễ cháy của nó, lưu huỳnh cũng được dùng trong các loại diêm, thuốc súng và pháo
hoa. Các thiosunfat natri và amôni được sử dụng như là các tác nhân cố định trong
nhiếp ảnh. Sunfat magiê, được biết dưới tên gọi muối Epsom có thể dùng như thuốc
nhuận tràng, chất bổ sung cho các bình ngâm (xử lý hóa học), tác nhân làm tróc vỏ
cây, hay để bổ sung magiê cho cây trồng.
Cuối thế kỷ 18, các nhà sản xuất đồ gỗ sử dụng lưu huỳnh nóng chảy để tạo
ra các lớp khảm trang trí trong các sản phẩm của họ. Do điôxít lưu huỳnh được tạo
ra trong quá chình nung chảy lưu huỳnh nên các đồ gỗ với lớp khảm lưu huỳnh đã
bị loại bỏ rất nhanh.
I.5. Vai trò sinh học
Vai trò cơ bản của hợp chất S là tham gia vào các quá trình năng lượng của
cơ thể và là thành phần của nhiều chất có hoạt tính sinh học.
Trong đất S tồn tại ở nhiều dạng hữu cơ và vô cơ, nhưng dạng S vô cơ cây
hút chủ yếu là SO42- (sulfate) - là dạng oxi hóa cao, tan trong dung dịch đất. Dạng
SO2 và dạng khử H2S thì độc cho cây. Trong môi trường acid, sunfat bị giữ chặt
trên keo đất và được giải phóng ra khỏi keo đất vào dung dịch đất trong môi trường
kiềm và có ion trao đổi OH-. Vì vậy bón vôi làm tăng pH của đất, tạo điều kiện cho
ion sulfate di động và rễ cây dễ dàng hút được.

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
15


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

Ngoài ra do hoạt động của một số vi sinh vật mà các dạng S hữu cơ có thể
phân giải thành dạng sunfat cho cây hấp thụ.
* Vai trò của S đối với cây
S tham gia vào thành phần của một số hợp chất hữu cơ có vai trò cực kỳ
quan của cơ thể sinh vật, có ảnh hưởng quan trọng lên quá trình sinh trưởng,
trao đổi chất và hoạt động sinh lý của cây.
Hiện nay không còn nghi ngờ gì nữa về vai trò quan trọng của bậc nhất của
các cơ thể sinh vật trong cuộc sống là thuộc về các hợp chất hữu cơ có chứa S
như các acid amine (cysteine, cystine, methionine), acid folic, coenzyme A,
các vitamine (biotine và thiamine). Các hợp chất penicillin cũng thuộc các hợp
chất cứa S do nhiều nòi nấmPenicillium và nấm Aspergillus tạo nên. Trong quá
trình sinh .trưởng và phát triển của thực vật các hợp chất S biến đổi theo hướng
tăng các hợp chất S - protein.
Vì trong quá trình hoá già của thực vật, quá trình lổng hợp protein bị kìm
hãm và sự phân giải các hợp chất protein được tăng cường. Các S - sulfate được thải
ra ngoài dần dần theo chu trình biến đổi S. Tóm lại, vai trò quan trọng nhất của S
là sự liên quan của nó với quá trình trao đổi chất nói chung và trước hết là
sự trao đổi carbonhydrate và sự tích luỹ, biến đổi dự trữ năng lượng. Chính vì vậy
khi cây thiếu S lá có màu lục nhạt, cây chậm lớn, năng suất và phẩm chất thu hoạch
đều giảm rõ rệt [9,24].
I.6. Ảnh hưởng của lưu huỳnh
I.6.1. Ảnh hưởng đến môi trường

Sự đốt cháy than và dầu mỏ trong công nghiệp và các nhà máy điện giải
phóng ra một lượng lớn điôxít lưu huỳnh SO2, nó sẽ phản ứng với hơi nước và ôxy
có trong khí quyển để tạo ra axít sulfuric. Đây là nguyên nhân của các trận mưa axít
và làm giảm pH của đất cũng như các khu vực chứa nước ngọt, tạo ra những tổn
thất đáng kể cho môi trường tự nhiên và gây ra phong hóa hóa học đối với các công
trình xây dựng và kiến trúc. Các tiêu chuẩn về nhiên liệu đã thắt chặt các chỉ tiêu về
hàm lượng lưu huỳnh trong các nhiên liệu hóa thạch để giảm thiểu sự hình thành

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
16


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

của mưa axít. Lưu huỳnh được tách ra từ các nhiên liệu này sau đó sẽ được làm tinh
khiết và tạo ra một phần lớn của sản lượng lưu huỳnh được sản xuất [24].
Lưu huỳnh có thể tìm thấy trong không khí dưới nhiều hình thức khác nhau.
Nó có thể gây kích thích mắt và cổ họng với động vật, khi hấp thu diễn ra qua
đường hô hấp của lưu huỳnh trong giai đoạn khí. Lưu huỳnh được áp dụng trong
các ngành công nghiệp rộng rãi và phát ra với không khí.
Các tác hại của sulfur với động vật chủ yếu là tổn thương não, thông qua các
hỏng hóc của vùng dưới đồi, và thiệt hại cho hệ thần kinh.
Phòng thí nghiệm thử nghiệm với động vật thử nghiệm đã chỉ ra rằng lưu
huỳnh có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng về mạch máu trong tĩnh mạch của não,
tim và thận. Các xét nghiệm này cũng chỉ ra rằng các hình thức nhất định của lưu
huỳnh có thể gây ra thiệt hại bào thai và các hiệu ứng bẩm sinh. Bà mẹ thậm chí có

thể thực hiện ngộ độc lưu huỳnh hơn để con cái của họ thông qua sữa mẹ. Cuối
cùng, lưu huỳnh có thể làm hỏng hệ thống enzyme nội bộ của động vật.
* Vấn đề về mùi
Khi không có oxy, sulfat được coi như là chất cung cấp oxy (chính xác hơn
là chất nhận điện tử) cho quá trình oxy hóa của vi khuẩn kỵ khí. Trong điều kiện kỵ
khí sulfat bị khử thành S2-. Ion S2- sẽ kết hợp với ion H+ với hằng số phân ly KA1 =
9,1x10-8. Quan hệ giữa các dạng H2S, HS-, S2- tại các pH khác nhau của dung dịch
chứa 10-3 M H2S (hay 32 mg/l H2S) [26].
* Ăn mòn đường ống
Sự ăn mòn “đỉnh ống” của ống bêtôn là đặc biệt nghiêm trọng khi mà nước
thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu trong cống dài và nồng độ sulfat cao,
điều này đã xảy ra ở nhiều của Mỹ, đặc biệt ở những vùng phía nam nước này.
Nguyên nhân của sự ăn mòn được cho là do H2S và H2SO42- bởi quá trình khử sulfat
thành H2S và từ H2S thành H2SO42-. Trong hệ thống ống cống thoát nước tự chảy,
H2S là nguyên nhân gián tiếp gây ra sự ăn mòn “đỉnh ống” [7,26].

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
17


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

Đối với cống thoát nước tự chảy thường ít sử dụng trong môi trường có sự
hiện diện của sulfat và có những biến đổi sinh học. Hệ thống cống là một phần của
hệ thống xử lý và trong quá trình vận chuyển nước thải luôn xảy ra các biến đổi sinh
học. Những biến đổi này luôn đòi hỏi sự có mặt của oxy, nếu lượng oxy không đủ

do trong quá trình thông gió tự nhiên của không khí trong cống, quá trình khử sulfat
thành sulfite sẽ xảy ra. Ở pH thông thường của nước thải, hầu hết S2- đều ở dạng
H2S và một phần của nó bay vào lớp không khí ở trên lớp nước thải trong cống. Nếu
hệ thống ống cống được thông gió tốt, thành cống và đỉnh cống khô ráo, việc hình
thành H2S không gây ra sự ăn mòn cống [7]. Tuy nhiên trong trường hợp thong gió
kém, đỉnh và thành cống ẩm ướt, H2S sẽ hòa tan vào lớp nước trên thành và đỉnh
cống tướng ứng với áp suất riêng phần của nó trong không khí hiện diện trong cống.
Điều này hầu như không gây hại.
Vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S thành H2SO4 có mặt khắp nơi trong tự
nhiên và trong nước thải. Và dĩ nhiên các loại vi khuẩn này cũng có mặt trên thành
và đỉnh cống tại những lúc lưu lượng lớn hay theo một số cách khác. Do điều kiện
hiếu khí là luôn tồn tại trông hệ thống cống, những vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H2S
thành H2SO4 dần dần trở nên đậm đặc và ăn mòn bêtông. Vi khuẩn thiobacillus có
khả năng oxy hóa H2S thành H2SO4 ở pH 2. Quá trình hình thành H2SO4 đặc biệt
nghiêm trọng ở đỉnh cống do tại đó quá trình rút nước là nhỏ nhất.

giọt nước

O2
H2S
H2S
H2S
không khí
O2
O2
O2
O2
H2S
H2S
H2S

____
nước thải ____
→kỵ khí S2-___
___SO42- Điều kiện

Môi trường để vi
khuẩn oxy hóa

_ S2- + 2H+→ H2S _
Hình 1.2. Sự hình thành H2S và sự ăn mòn do quá trình oxy hóa H2S thành
H2SO4

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
18


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

Hình 1.3. Hình ảnh đường ống bị ăn mòn
I.6.2. Ảnh hưởng đến sức khỏe của con người
Tất cả các sinh vật sống cần lưu huỳnh. Đó là đặc biệt quan trọng đối với con
người bởi vì nó là một phần của acid amin methionine, mà là một yêu cầu chế độ ăn
uống tuyệt đối cho chúng ta. Các acid amin cysteine cũng chứa lưu huỳnh. Những
người trung bình mất trong khoảng 900 mg mỗi ngày của lưu huỳnh, chủ yếu là ở
dạng protein.
Nguyên tố lưu huỳnh là không độc hại, nhưng nhiều lưu huỳnh derivates đơn

giản là, như sulfur dioxide (SO2) và hydrogen sulfide. Lưu huỳnh có thể tìm thấy
phổ biến trong tự nhiên như sulphides. Trong một số quy trình lưu huỳnh được thêm
vào môi trường làm gây tổn hại cho động vật, cũng như con người. Nó có mùi khó
chịu và thường có độc tính cao.
Trên toàn cầu chất sulfuric có thể có những tác động sau đây về sức khỏe con
người [13]:
- Hiệu ứng thần kinh và hành vi thay đổi
- Loạn lưu thông máu
- Bệnh về tim mạch
- Tác dụng trên mắt và thị lực
- Sinh sản thất bại
- Tổn thương hệ thống miễn dịch

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
19


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

- Dạ dày và đường tiêu hóa rối loạn
- Tổn thương chức năng gan và thận
- Xét xử khiếm khuyết
- Loạn của sự trao đổi chất kích thích tố
- Hiệu ứng da liễu
- Nghẹt thở và nghẽn phổi
I.7. Vi khuẩn lưu huỳnh

I.7.1. Các loại vi khuẩn lưu huỳnh
Những vi khuẩn oxi hoá lưu huỳnh, H2S và các hợp chất lưu huỳnh khác.
Gồm nhiều loài vi khuẩn lục, vi khuẩn tía có khả năng quang hợp, những vi khuẩn
tự dưỡng hoá năng không sắc tố, có khả năng dùng các hợp chất lưu huỳnh làm
nguồn năng lượng và nguồn cung cấp điện tử để đồng hoá CO2 và sinh trưởng.
Thuộc vi khuẩn lưu huỳnh có nhiều loài của chi Thiobacillus, Thiomicrosp,
Sulfolobus. Một số vi khuẩn lưu huỳnh, mặc dù oxi hoá lưu huỳnh và tích luỹ lưu
huỳnh trong tế bào, nhưng vẫn còn cần chất hữu cơ để sinh trưởng như các vi khuẩn
lưu huỳnh dạng sợi thuộc chi Deggiatoa, Thiothrix, Thioploca và vi khuẩn lưu
huỳnh đơn bào của chi Achromatium, Macromonas, Thiovulum [2,3].
a) Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria):
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự
dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b , hệ thống
quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh
chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử
dụng H2, H2S hay S. Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, có loài chu mao,
tỷ lệ G+C là 45-70%.
- Họ Chromatiaceae gồm các chi: Thiospirium, Chromatium, Thiocapsa,
Thiocystis,

Thiospirillum,

Thiorhodovibrio,

Amoebobacter,

Lamprobacter,

Lamprocystis, Thiodyction, Thiopedia, Rhabdochromatium, Thiorhodococcus.
-

Họ

Ectothiorhodospiraceae

gồm

các

chi:

Ectothiorhodospirace,

Halorhodospira

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
20


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

b) Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria)
Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ
(photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số loài là quang tự dưỡng
vô

cơ

không

bắt

buộc

(trong

tối

là

hoá

dị

dưỡng

hữu

cơ-

chemoorganoheterotrophs). Tế bào chứa chlorophyl a hoặc b, hệ thống quang hợp
chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất. Để dùng
làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng chất hữu
cơ, đôi khi sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2. Có khả năng di động với
tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí (gas vesicles), tỷ lệ
G+C là 61-72%.

Gồm các chi: Blastochloris, Phaeospirillum, Rhodobacter, Rhodobium,
Rhodocista, Rhodocyclus, Rhooferax, Rhodomicrobium, Rhodoplanes, Rhodopila,
Rhodopseudomonas, Rhodospira, Rhodospirillum, Rhodothalassium, Rhodovibrio,
Rhodovulum, Rosespira, Rubiviva.
c) Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria)
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự
dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a cùng với b , c hoặc
e, chứa caroten nhóm 5, hệ thống quang hợp liên quan đến các lục thể (chlorosom)
và độc lập đối với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors)
trong quang hợp thường sử dụng H2, H2S hay S . Hạt lưu huỳnh tích luỹ bên ngoài
tế bào Không có khả năng di động, một số loài có túi khí; tỷ lệ G+C là 48-58%.
Gồm các chi: Chlorobium, Prosthecochloris, Pelodictyon, Ancalichliris,
Chloroherpeton
d) Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria)
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn đa bào, dạng sợi,thường kỵ khí không bắt
buộc ,thường là quang dị dưỡng (photoheterotroph), có loài quang tự dưỡng hoặc
hoá dị dưỡng. Tế bào có chứa chlorophyll a và c, trong điều kiện kỵ khí thấy có
chlorosom. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang dị dưỡng
là glucose, axit amin, axit hữu cơ; trong quang tự dưỡng là H2, H2S. Di động bằng

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
21


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

phương thức trườn (gliding), tỷ lệ G+C là 53-55%. Chi điển hình là Chloroflexus,
Chloronema.
I.7.2. Chu trình lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên của vi sinh vật
* Vòng tuần hoàn lưu huỳnh trong tự nhiên
Lưu huỳnh là một trong những chất dinh dưỡng nhất của cây trồng. Trong
đất lưu huỳnh thường ở dạng vô cơ (CaSO4, Na2S…) và ở dạng hữu cơ. Trong cơ
thể sinh vật, S nằm trong thành phần của các axit amin (metionin, xystein và trong
nhiều loại enzyme quan trọng). Thực vật hút các hợp chất hữu cơ trong đất chủ yếu
dạng SO42- và chuyển sang dạng S hữu cơ của tế bào. Động vật và người sử dụng
thực vật làm thức ăn cũng biến S của thực vật thành S của động vật và người. Khi
động thực vật chết đi để lại S hữu cơ trong đất, S hữu cơ sẽ chuyển hóa thành H2S.
H2S và các hợp chất vô cơ khác bị oxy hóa bởi các vi sinh vật tự dưỡng thành S và
SO42-. SO42- lại được thực vật hấp thụ, cứ thế vòng chuyển hóa cấc hợp chất lưu
huỳnh diễn ra liên tục. Trong đó các vi sinh vật đóng vai trò không thể thiếu được.

Hình 1.4. Chu trình lưu huỳnh trong tự nhiên [9]
* Sự oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh
-

Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng hóa năng

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
22


Luận văn thạc sỹ khoa học

Khóa 2009 - 2011

-

Sự oxy hóa các hợp chất do vi khuẩn tự dưỡng quang năng

-

Sự khử các hợp chất lưu huỳnh vô cơ do vi sinh vật

+ Sự oxy hóa các hợp chất hữu cơ do vi khuẩn tự dưỡng hóa năng
2H2S + O+ = 2H2O + 2S + Q
S + 3 O2 + 2H2O = 2 H2SO4 + Q
Axit sinh ra làm pH của đất giảm xuống. Năng lượng sinh ra trong quá trình
oxy hóa được các vi sinh vật đồng hóa CO2 tạo thành đường. Một ít hợp chất hữu
cơ dạng lưu huỳnh được đồng hoá tạo thành S hữu cơ tế bào vi khuẩn (Thiobacillus
thiopaus, thiobacillus thioxidans). Ngoài ra vi khuẩn begiatra minima có thể oxy
hóa H2S tạo thành S tích lũy trong tế bào. Trong điều kiện hiếu khí H2S các hạt S sẽ
được oxy hóa đến khi S dự trữ hết thì các vi khuẩn chết hoặc ở trạng thái tiềm sinh
[22].
+ Sự oxy hóa các hợp chất hữu cơ do vi khuẩn tự dưỡng quang năng
Một số vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S tạo thành SO42-. H2S đóng vai trò
là chất cho điện tử trong quá trình quang hợp. Các vi khuẩn họ thiodaceae
clorobacteriae thường oxy hóa H2S tạo thành C6H12O6, S, H2SO4. Ở nhóm vi khuẩn
trên S được hình thành không tích lũy trong cơ thể mà ở ngoài môi trường.
+ Sự khử các hợp chất S vô cơ do vi sinh vật
Đây là quá trình phản sulfat hóa. Quá trình này được tiến hành kỵ khí, ở
những tầng nước sâu.
C6H12O6 + 3H2SO4 → 6CO2 + 3H2S + Q
Ở đây C6H12O6 đóng vai trò cung cấp hydro trong quá trình khử SO42- của
H2SO4. H2SO4 bị khử dần theo sơ đồ sau:

H2SO4 → H2SO3 → H2SO2 → H2SO → H2S
Quá trình khử sulfat dẫn đến việc tích lũy H2S trong môi trường làm ô nhiễm
môi trường, ảnh hưởng đến đời sống của động vật và thực vật [22].

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
23


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chất thải
hữu cơ

Qúa trình phân hủy
Vi khuẩn kỵ khí

Khóa 2009 - 2011
Vi khuẩn hiếu khí

H2S
S2-

SO2
SO32-

Chất thải từ động
ậ

O2

S

Oxy hóa do vi khuẩn sulfur

oxy

Lưu
huỳnh

+

Vi khuẩn kỵ khí

Protein
động vật

Oxy hóa do vi khuẩn sulfur

Urin

Oxy hóa do hóa họa

Xác động vật

Vi khuẩn kỵ khí

SO3
SO42-

Hoạt động sản xuất

Điều

Thực phẩm cho động vật

Protein
thực vật

kiện

hiếu

khí

Chất dinh dưỡng cho thực vật

Hình 1.5. Quá trình chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh trong tự nhiên [26]
I.8. Các phương pháp loại bỏ lưu huỳnh trong nước thải
Sau khi xác định được hàm lượng sulfat trong nước thải, từ số liệu đó ta có
thể đưa ra các biện pháp xử lý phù hợp với hàm lượng sulfat đo được.
I.8.1. Phương pháp hóa học
I.8.1.1. Phương pháp kết tủa hóa học
Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học giữa BaCl2 đưa vào nước thải
với gốc SO42- trong nước thải. Ở độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và
được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng, lọc thông thường [6].
BaCl2 + SO42- → BaSO4↓ + 2ClI.8.1.2. Phương pháp xử lý bằng ozon
Quy trình công nghệ bao gồm bơm đầu nguồn, thiết bị tiếp xúc ozon, bể
phản ứng và lắng kết hợp, bơm trung gian và thiết bị lọc.

Phạm Lê Phương

MSHV: CB090728
24