SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM CHẾ PHẨM VI SINH Nitrosomonas ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU AMMONIUM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM CHẾ PHẨM VI SINH Nitrosomonas
ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU AMMONIUM

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: HÀ THỊ NHÃ CA

Niên khóa

: 2005 – 2009

Tháng 08/2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM CHẾ PHẨM VI SINH Nitrosomonas

ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU AMMONIUM

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

ThS. LÊ CÔNG NHẤT PHƯƠNG

HÀ THỊ NHÃ CA

Tháng 08/2009


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn:
Ban Giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ
nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, cùng tất cả quý thấy cô đã truyền đạt kiến thức và
kinh nghiệm cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
ThS. Lê Công Nhất Phương đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian thực tập tốt nghiệp.
Các thầy cô và các anh chị nhân viên tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới đã tận tình
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp.
Những người bạn thân thương của lớp DH05SH đã chia sẻ cùng tôi những vui
buồn trong suốt thời gian học cũng như đã hết lòng giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt thời
gian thực tập.
Con xin chân thành cảm ơn ba, mẹ và những người thân trong gia đình đã luôn
tạo điều kiện và động viên con trong suốt quá trình học tập.
Hà Thị Nhã Ca

iii

TÓM TẮT
Đề tài “Sản xuất thử nghiệm chế phẩm vi sinh Nitrosomonas ứng dụng trong xử
lý nước thải giàu ammonium” được tiến hành tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới, thời gian
từ tháng 02/2009 đến tháng 07/2009. Thí nghiệm được thực hiện qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: tiến hành sản xuất thử nghiệm chế phẩm vi sinh Nitrosomonas
bằng cách phối trộn vi khuẩn Nitrosomonas với chất mang. Chất mang được chọn để
sản xuất chế phẩm vi sinh trong thí nghiệm này là cám (cám gạo, cám trấu) và
diatomit. Kết quả sản xuất được 3 loại chế phẩm vi sinh Nitrosomonas: loại 1 (chất
mang: 100% cám), loại 2 (chất mang: 50% cám, 50% diatomit), loại 3 (chất mang:
100% diatomit); với mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong mỗi loại lần lượt là: 2,12 x
1013 CFU/g; 2,05 x 1013 CFU/g; 1,75 x 1013 CFU/g.
Giai đoạn 2: tiến hành 2 thí nghiệm: Thử nghiệm hiệu quả xử lý ammonium của
chế phẩm trong điều kiện nước thải nhân tạo ở nồng độ ammonium 100 ppm. Kết quả
tương ứng hiệu suất của từng loại chế phẩm là: chế phẩm loại 1 đạt 75,4%; chế phẩm
loại 2 đạt 61,1%; chế phẩm loại 3 đạt 18,1% sau 24h xử lý. Và thử nghiệm hiệu quả xử
lý ammonium của chế phẩm trong điều kiện nước thải nhân tạo ở nồng độ ammonium
450 ppm. Kết quả tương ứng hiệu suất của từng loại chế phẩm là: chế phẩm loại 1 đạt
29,6%; chế phẩm loại 2 đạt 28,4%; chế phẩm loại 3 đạt 16,6% sau 24h xử lý.
Giai đoạn 3: tiến hành kiểm tra lại mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong chế
phẩm sau 30 ngày sản xuất. Kết quả mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong từng loại chế
phẩm như sau: loại 1: 2,07 x 1013 CFU/g; loại 2: 2,01 x 1013 CFU/g; loại 3: 1,7 x 1013
CFU/g.

iv


SUMMARY
The topic “Experimental production of Nitrosomonas microorganism-product

was processed to apply in treatment of ammonium - rich wastewater” was conducted
at Institute of Tropical Biological from February 2009 to July 2009. The experiment is
carried out in 3 stages and leads to some following results:
The

first

stage:

carry

out

experimental

producting

Nitrosomonas

microorganism-product by mixing Nitrosomonas bacteria with carriers. The chosen
carriers in this experiment are bran (rice bran and husk bran) and diatomit. As a result,
3 kinds of Nitrosomonas microorganism-product are produced: product 1 (100% bran
carrier), product 2 (50% bran and 50% diatomit carrier), product 3 (100% diatomit
carrier); with density of Nitrosomonas bacteria in each product as: 2,12 x 1013 CFU/g,
2,05 x 1013 CFU/g, 1,75 x 1013 CFU/g, respectively.
The second stage: carry out two experiments: Experiment on ammonium
treatment efficiencies of Nitrosomonas microorganism-product in the condition of the
synthetic wastewater with the concentration of ammonium 100 ppm. The correlative
productivity of each product is 75,4% for product 1; 61,1% for product 2; 18,1% for
product 3 after 24 hours. And experiment on ammonium treatment efficiencies of

Nitrosomonas microorganism-product in the condition of the synthetic wastewater
with the concentration of ammonium 450 ppm. The correlative productivity of each
product is 29,6% for product 1; 28,4% for product 2; 16,6% for product 3 after 24
hours.
The third stage: checking the density of Nitrosomonas bacteria in Nitrosomonas
microorganism-product after 30 days. The results are: product 1: 2,07 x 1013 CFU/g;
product 2: 2,01 x 1013 CFU/g; product 3: 1,7 x 1013 CFU/g, respectively.

v


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ iii
TÓM TẮT.......................................................................................................................iv
SUMMARY.....................................................................................................................v
MỤC LỤC ......................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................x
DANH SÁCH CÁC BẢNG ...........................................................................................xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ......................................................................xii
Chương 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề.................................................................................................................1
1.2. Yêu cầu đề tài ...........................................................................................................2
1.3. Nội dung thực hiện ...................................................................................................2
Chương 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU..............................................................................3
2.1. Vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên..........................................................................3
2.1.1. Sự khoáng hóa nitơ................................................................................................4
2.1.2. Quá trình nitrat hóa................................................................................................4
2.1.3. Quá trình khử nitrat hóa.........................................................................................4
2.1.4. Sự cố định nitơ.......................................................................................................5

2.1.5. Sự đồng hóa nitơ....................................................................................................5
2.2. Tổng quan về nhóm vi khuẩn oxy hóa ammonium ..................................................6
2.3. Tổng quan về vi khuẩn Nitrosomonas......................................................................7
2.3.1. Phân loại ................................................................................................................7
2.3.2. Đặc điểm hình thái.................................................................................................8
2.3.3. Cấu trúc tế bào.......................................................................................................8
2.3.4. Quá trình nitrit hóa của vi khuẩn Nitrosomonas ...................................................8
2.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas .......................9
2.3.5.1. Nhiệt độ ..............................................................................................................9
2.3.5.2. pH .......................................................................................................................9
2.3.5.3. Oxy hòa tan (DO) ...............................................................................................9

vi


2.3.5.4. Chất vi lượng, kim loại nặng ..............................................................................9
2.4. Sơ lược về một số nguồn nước thải ........................................................................10
2.4.1. Nước thải chăn nuôi heo......................................................................................10
2.4.1.1. Đặc điểm và thành phần của nước thải chăn nuôi heo .....................................10
2.4.1.2. Xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp sinh học ............................11
2.4.2. Nước thải thuỷ sản...............................................................................................12
2.4.2.1. Những tác động môi trường từ nuôi trồng thủy sản .........................................12
2.4.2.2. Nước thải nhà máy chế biến thủy sản...............................................................12
2.4.3. Nước thải sinh hoạt..............................................................................................13
2.5. Khái quát về phương pháp xử lý hợp chất nitơ ......................................................14
2.6. Giới thiệu về chế phẩm vi sinh và chất mang. .......................................................16
2.6.1. Chế phẩm vi sinh .................................................................................................16
2.6.2. Chất mang............................................................................................................16
2.6.2.1. Giới thiệu chung ...............................................................................................16
2.6.2.2. Sơ lược về các vật liệu sử dụng làm chất mang trong thí nghiệm ...................17

2.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu.............................................................................18
2.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................................18
2.7.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước........................................................................19
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................20
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..........................................................................20
3.2. Vật liệu ...................................................................................................................20
3.3. Phương pháp...........................................................................................................20
3.3.1. Lấy mẫu nước và pha loãng mẫu nước ...............................................................20
3.3.2. Phương pháp phân lập và thuần khiết vi khuẩn Nitrosomonas ...........................20
3.3.2.1. Nguyên tắc........................................................................................................20
3.3.2.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ............................................................................20
3.3.2.3. Tiến hành ..........................................................................................................21
3.3.3. Phương pháp nhuộm Gram và kiểm tra sinh hóa ................................................22
3.3.3.1. Phương pháp nhuộm Gram...............................................................................22
3.3.3.2. Phương pháp kiểm tra sinh hóa ........................................................................22
3.3.4. Phương pháp tăng sinh vi khuẩn Nitrosomonas..................................................23
3.3.4.1. Nguyên tắc........................................................................................................23
vii


3.3.4.2. Vật liệu .............................................................................................................23
3.3.4.3. Hóa chất............................................................................................................23
3.3.4.4. Tiến hành ..........................................................................................................23
3.3. Phương pháp sản xuất chế phẩm vi sinh ................................................................23
3.3.1. Vật liệu ................................................................................................................23
3.3.2. Khảo sát chất mang .............................................................................................24
3.3.2.1. Xác định độ ẩm.................................................................................................24
3.3.2.2. Xác định pH......................................................................................................25
3.3.3. Phối trộn chất mang và dịch tăng sinh vi khuẩn Nitrosomonas ..........................25
3.3.4. Sấy .......................................................................................................................25

3.3.5. Kiểm nghiệm chế phẩm.......................................................................................26
3.4. Thử nghiệm hiệu quả xử lý ammonium của chế phẩm vi sinh Nitrosomonas.......27
3.4.1. Vật liệu. dụng cụ, hóa chất và thiết bị .................................................................27
3.4.1.1. Vật liệu và dụng cụ...........................................................................................27
3.4.1.2. Hóa chất............................................................................................................27
3.4.1.3. Thiết bị phân tích..............................................................................................27
3.4.2. Thí nghiệm 1: Thử nghiệm hiệu quả xử lý ammonium.......................................28
3.4.3. Thí nghiệm 2: Thử nghiệm hiệu quả xử lý ammonium.......................................28
3.4.4. Phương pháp phân tích ........................................................................................29
3.4.4.1. Xác định pH......................................................................................................29
3.4.4.2. Phân tích chỉ tiêu ammonium ...........................................................................29
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................................30
4.1. Kết quả phân lập .....................................................................................................30
4.1.1. Đặc điểm của các khuẩn lạc phân lập được.........................................................30
4.1.2. Kết quả nhuộm Gram ..........................................................................................30
4.1.3. Kết quả kiểm tra sinh hóa....................................................................................31
4.2. Kết quả tăng sinh ....................................................................................................32
4.3. Kết quả sản xuất chế phẩm vi sinh .........................................................................32
4.3.1. Kết quả khảo sát chất mang.................................................................................32
4.3.1.1. Độ ẩm ...............................................................................................................32
4.3.1.2. pH .....................................................................................................................32
4.3.2. Mô tả chế phẩm ...................................................................................................32
viii


4.3.3. Kết quả kiểm nghiệm chế phẩm ..........................................................................33
4.3.3.1. Kết quả cấy trang..............................................................................................33
4.3.3.2. Mật độ vi sinh vật .............................................................................................34
4.4. Kết quả các thí nghiệm hiệu quả xử lý ammonium của chế phẩm.........................35
4.4.1. Kết quả thí nghiệm 1 ...........................................................................................35

4.4.2. Kết quả thí nghiệm 2 ...........................................................................................38
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .........................................................................42
5.1. Kết luận...................................................................................................................42
5.2. Đề nghị ...................................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................43
PHỤ LỤC

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AOB

: Ammonium Oxidizing Bacteria

AMO

: Ammonium Monooxygenase

ANAMMOX

: Anaerobic Ammonium Oxidation

amoA

: Gene encoding the subunit A of AMO

BOD

: Biochemical oxygen demand

BOD5/TNK

: BOD5/Tổng nitơ Kjehdal

COD

: Chemical oxygen demand

ctv

: cộng tác viên

DO

: Disolved oxygen

DNA

: Deoxyribonucleic acid

HAO

: Hydroxylamine oxidoreductase

h

: hour (giờ)

MFCs

: Microbial fuel cells

NOB

: Nitrite oxidizing bacteria

PCR

: Polymerase Chain Reaction

pb

: base pair

SBR

: Sequencing Batch Reactor

UASB

: Upflow Anaerobic Sludge Blanket

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1 Giống và số loài của các giống thuộc AOB ...................................................7
Bảng 2.2 Phân loại khoa học vi khuẩn Nitrosomonas ..................................................8
Bảng 2.3 Khối lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày của một số loại heo .........12
Bảng 2.4 Hàm lượng các chất có trong phân và nước tiểu của heo từ 70 – 100 kg ....12
Bảng 2.5 Vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải chăn nuôi heo ...............................13
Bảng 2.6 Thành phần các chất trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản .........14
Bảng 3.1 Thành phần và tỷ lệ phối trộn các loại chế phẩm vi sinh Nitrosomonas......29
Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm 1........................................................................................32
Bảng 3.3 Bố trí thí nghiệm 2........................................................................................33
Bảng 3.4 Thành phần các chất dựng đường chuẩn ammonium...................................34
Bảng 4.1 Mô tả chế phẩm ............................................................................................38
Bảng 4.2 Số tế bào sống của vi khuẩn Nitrosomonas trong 1 g chế phẩm..................39
Bảng 4.3 Tỷ lệ số tế bào sống của vi khuẩn Nitrosomonas trong 1 g chế phẩm .........39
Bảng 4.4 Chỉ số pH của mô hình thí nghiệm 1............................................................40
Bảng 4.5 Nồng độ ammonium (ppm) theo thời gian của mô hình thí nghiệm 1 .........41
Bảng 4.6 Hiệu suất (%) xử lý ammonium theo thời gian của mô hình thí nghiệm 1 ..41
Bảng 4.7 Chỉ số pH của mô hình thí nghiệm 2............................................................43
Bảng 4.8 Nồng độ ammonium (ppm) theo thời gian của mô hình thí nghiệm 2 .........44
Bảng 4.9 Hiệu suât (%) xử lý ammonium theo thời gian của mô hình thí nghiệm 2 ..44

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình

Trang

Hình 2.1 Chu trình chuyển hóa nitơ...............................................................................3

Hình 2.2 Vi khuẩn Nitrosomonas ..................................................................................9
Hình 2.3 Quá trình xử lý hợp chất nitơ trong nước thải ..............................................18
Hình 3.1 Cám và diatomit............................................................................................28
Hình 3.2 Máy đo pH – 62K (APEL)............................................................................31
Hình 3.3 Máy so màu GENESYS 20...........................................................................31
Hình 4.1 Khuẩn lạc phân lập được từ mô hình xử lý nước thải chăn nuôi heo...........35
Hình 4.2 Nhuộm Gram vi khuẩn phân lập được..........................................................36
Hình 4.3 Kết quả kiểm tra sinh hóa .............................................................................36
Hình 4.4 Chế phẩm vi sinh Nitrosomonas...................................................................38
Hình 4.5 Bố trí thí nghiệm 1 ........................................................................................40
Hình 4.6 Bố trí thí nghiệm 2 ........................................................................................43
Đồ thị
Đồ thị 4.1 Chỉ số pH của mô hình thí nghiệm 1 ..........................................................41
Đồ thị 4.2 Nồng độ ammonium theo thời gian của mô hình thí nghiệm 1 ..................42
Đồ thị 4.3 Hiệu suất xử lý ammonium theo thời gian của mô hình thí nghiệm 1 .......42
Đồ thị 4.4 Chỉ số pH của mô hình thí nghiệm 2 ..........................................................44
Đồ thị 4.5 Nồng độ ammonium theo thời gian của mô hình thí nghiệm 2 ..................45
Đồ thị 4.6 Hiệu suất xử lý ammonium theo thời gian của mô hình thí nghiệm 2 .......45

xii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề

Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Với sự phát
triển nhanh chóng của nền kinh tế nước ta, các khu công nghiệp, cơ sở sản xuất, chế
biến, nhà máy, xí nghiệp mọc lên ngày càng nhiều và mức độ sản xuất ngày càng gia
tăng. Nhưng vì nhiều nguyên nhân nên hầu như chất thải của nhiều cơ sở sản xuất,

nhà máy, xí nghiệp chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Do đó, lượng chất
thải thải ra môi trường hiện nay rất lớn. Mặt khác, nước ta là một nước đông dân, mật
độ dân cư cao, nhất là ở các thành phố lớn, nên khó tránh khỏi tình trạng ô nhiễm do
lượng rác thải và nước sinh hoạt thải ra môi trường. Bên cạnh đó, chất thải ra từ những
hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm, thủy sản,… nếu không được xử lý hợp lý cũng
ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Ô nhiễm môi trường gây hại cho sức khỏe và
ảnh hưởng đến đời sống nhân dân cũng như làm mất vẻ mỹ quan của môi trường sống.
Trong đó, ô nhiễm nguồn nước là một trong những thực trạng đáng ngại nhất
của sự hủy hoại môi trường tự nhiên. Và đây cũng là một vấn đề cấp bách cần giải
quyết của nước ta. Nước thải có chứa một lượng lớn ammonium chưa qua xử lý nếu xả
thải ra các nguồn nước tiếp nhận sẽ gây tác động xấu đến môi trường nước. Thứ nhất,
ammonium có độc tính nên có thể gây chết các loài thủy sinh. Thứ hai, ammonium
trong điều kiện thuận lợi (có mặt oxy và vi khuẩn nitrat hóa) sẽ chuyển hóa thành nitrit
(NO2-)/nitrat (NO3-), dẫn đến cạn kiệt nguồn oxy hòa tan (DO), do quá trình chuyển
hóa này tiêu thụ một lượng lớn oxy có trong nước và điều này có thể ảnh hưởng đến
các hoạt động sống của các loài thủy sinh vật. Mặt khác, sự có mặt ammonium trong
môi trường nước có thể kích thích sự phát triển tảo, các loài thực vật thủy sinh và các
vi sinh vật khác gây ra hiện tượng phú dưỡng đồng thời làm suy giảm sự đa dạng sinh
học. Do đó, để bảo vệ nguồn nước, cần thiết phải xử lý các nguồn nước thải chứa
ammonium trước khi xả ra các nguồn nước tiếp nhận.
Chính vì vậy, việc sản xuất ra các chế phẩm vi sinh ứng dụng trong xử lý nước
thải giàu ammonium là cần thiết. Vi khuẩn Nitrosomonas đã được nghiên cứu, tìm
1


hiểu đặc tính và phân lập được từ các nguồn nước thải giàu ammonium cũng như đã
được thử nghiệm cho thấy khả năng xử lý ammonium cao. Nên việc sản xuất thử
nghiệm chế phẩm vi sinh từ vi khuẩn Nitrosomonas sẽ rất hữu ích trong ứng dụng xử
lý nước thải giàu ammonium.
1.2. Yêu cầu của đề tài

Sản xuất thử nghiệm chế phẩm vi sinh Nitrosomonas.
Kiểm tra mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong chế phẩm vi sinh Nitrosomonas.
Thử nghiệm hiệu quả xử lý ammonium của chế phẩm vi sinh Nitrosomonas.
1.3. Nội dung thực hiện
Phân lập và thuần khiết vi khuẩn Nitrosomonas.
Tăng sinh vi khuẩn Nitrosomonas trên môi trường lỏng (môi trường tăng sinh
Nitrosomonas).
Tìm chất mang bán rắn, lựa chọn phương pháp sấy và điều kiện sấy thích hợp
để sản xuất chế phẩm vi sinh Nitrosomonas có hoạt tính cao.
Sản xuất chế phẩm vi sinh Nitrosomonas.
Kiểm tra mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong chế phẩm bằng phương pháp
đếm khuẩn lạc trên đĩa thạch môi trường Nitrosomonas.
Thử nghiệm hiệu quả xử lý ammonium của chế phẩm trên môi trường nước thải
nhân tạo ở quy mô phòng thí nghiệm.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Vòng tuần hồn nitơ trong tự nhiên
Trong các mơi 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. Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dưới các dạng các hợp chất
đạm hữu cơ như protein, axit amin. Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu cơ này
tồn tại ở trong đất. Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được
phân giải thành các axit amin. Các axit amin lại được một nhóm vi sinh vật phân giải
thành NH3 hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amon hóa. Q trình này còn gọi là sự
khống hóa chất hữu cơ vì qua đó nitơ được chuyển thành dạng nitơ khống. Dạng
NH4+ sẽ được chuyển hóa thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrat hóa. Các hợp

chất nitrat lại được chuyển hóa thành dạng nitơ phân tử, q trình này gọi là sự khử
nitrat hóa được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn khử nitrat. Khí nitơ sẽ được cố định lại
trong tế bào vi khuẩn và tế bào thực vật sau đó chuyển hóa thành dạng nitơ hữu cơ nhờ
nhóm vi khuẩn cố định nitơ. Như vậy vòng tuần hồn nitơ được khép kín. Trong hầu
hết các khâu chuyển hóa của vòng tuần hồn đều có sự tham gia của các nhóm vi sinh
vật khác nhau. Nếu sự hoạt động của một nhóm nào đó ngừng lại, tồn bộ sự chuyển
hóa của vòng tuần hồn cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng (Trần Cẩm Vân, 2005).
NO

NO2-

NO3-

N2O
Pha khí

pha lỏng

NH2OH
N2

N2H4

NH4+

Org-N

Hình 2.1 Chu trình chuyển hóa nitơ.

3

Nitrat hóa
Khử nitrat
Cố đònh đạm đồng hóa
Nitrit hóa
Anammox


2.1.1. Sự khoáng hóa nitơ
Sự khoáng hóa nitơ là sự chuyển hóa các hợp chất nitơ hữu cơ thành amoniac
(NH3) hay ammonium (NH4+) thông qua vi sinh vật.
R-NH2 + H2O

R-OH + NH3 + năng lượng

(2.1)

Các vi sinh tham gia vào quá trình phân giải các chất hữu cơ chứa nitơ trong
điều kiện hiếu khí hay yếm khí bao gồm:
Vi khuẩn : Bacillus mycoides, B.mesenteries, Pseudomonas flourescens,…
Xạ khuẩn: Streptomyces griceus, Actomyces fradiac,…
Nấm mốc: Aspergillus oryzae, Rhizopus, Mucor,…
2.1.2. Quá trình nitrat hóa
Sự nitrat hóa là sự chuyển hóa ammonium thành nitrit (N-NO2-) và nitrat (NNO3-). Quá trình này được tiến hành bởi 2 nhóm vi sinh vật khác nhau. Đầu tiên, nhóm
vi sinh vật oxy hóa ammonium (AOB – ammonium oxidizing bacteria) sẽ oxy hóa
ammonium thành nitrit, sau đó nhóm vi sinh vật oxy hóa nitrit (NOB – nitrite
oxidizing bacteria) sẽ oxy hóa nitrit thành nitrat.
Vi khuẩn oxy hóa muối ammonium thành nitrit bao gồm các giống
Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosovibrio.
2NH4+ + 3O2

2NO2- + 2H2O + 4H+ + năng lượng

(2.2)

Vi khuẩn oxy hóa nitrit thành nitrat bao gồm các giống Nitrobacter,
Nitrosopina, Nitrococcus và Nitrospira.
NO2- + 0,5O2

NO3- + năng lượng

(2.3)

Sự oxy hóa ammonium thành nitrit và sau đó thành nitrat là quá trình sinh năng
lượng. Vi sinh vật dùng năng lượng này để đồng hóa CO2 . Nguồn cacbon cần cho vi
khuẩn nitrat hóa là CO2, HCO3-, CO32-. Sự hiện diện của oxy và lượng kiềm là để trung
hòa ion H+ trong quá trình oxy hóa sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat hóa
(Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2005). Quá trình nitrat hóa chịu sự kiểm soát
của các yếu tố: nồng độ N-NH4/N-NO2, nồng độ oxy, nhiệt độ, pH, sự ức chế của các
chất độc hại,...
2.1.3. Quá trình khử nitrat
Giai đoạn khử nitrat thường đi kèm quá trình đồng hóa nitơ để tế bào tăng
trưởng theo phương trình sau:
NO3- + 1,08CH3OH + H+  0,065C5H7NO2 + 0,47N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O
4

(2.4)


Tham gia quá trình khử nitrat là vi khuẩn thuộc các chi Pseudomonas,

Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, . . . Ở giai đoạn này, nitrat được khử thành nitrit
rồi thành khí nitơ (N2) qua một số sản phẩm trung gian:
NO3-

NO2-

NO

0,5N2O

0,5N2

Chuỗi phản ứng này xảy ra trong điều kiện thiếu khí, cần sự hiện diện của các
hợp chất hữu cơ để cung cấp điện tử. Các chất hữu cơ thường được sử dụng là
methanol, etanol, acetate, glucose,.. bổ sung từ ngoài hoặc từ các chất hữu cơ sản có
trong nước thải (Lê Văn Cát, 2007; McCarty và ctv, 1969). Quá trình khử nitrat chịu
sự kiểm soát của các yếu tố: nồng độ nitrat, pH, nhiệt độ, ảnh hưởng của các nguyên
tố vi lượng và các hóa chất độc hại.
2.1.4. Sự cố định nitơ
Quá trình khử N2 bằng con đường hóa học đòi hỏi rất nhiều năng lượng và đắt
tiền. Tuy nhiên có một số vi khuẩn có khả năng khử bằng con đường sinh học hay nói
khác đi là khả năng cố định nitơ, đó là quá trình chuyển hóa N2 thành NH3 nhờ hoạt
động xúc tác của một hệ thống enzym có tên gọi là nitrogenase. Các loại vi sinh vật
này bao gồm :
Loại dị dưỡng hiếu khí: vi khuẩn Azobacter, Rhizobium, Beizerinokia,
Azotomonas, xạ khuẩn Nocardia, Actinomyces,…
Loại dị dưỡng kị khí: Clotridium, Methanobacterium,…
Loại tự dưỡng: Chromatium, Rhodopseudomonas,…
Vi khuẩn lam: Anabaena, Calothrix,…
Trong các loại vi khuẩn kể trên, quan trọng nhất là giống Rhozobium sống cộng

sinh trong rễ cây họ đậu và loài khuẩn lam Anabaena azolla sống cộng sinh với bèo
hoa dâu (Tô Minh Châu và ctv, 1999).
2.1.5. Sự đồng hóa nitơ
Một phần nitơ của muối amon và có khi cả nitơ của hợp chất hữu cơ, được đồng
hóa để tổng hợp vi khuẩn. Các vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng sử dụng nitrat và đồng
hóa chúng thành ammonium. Các tế bào thực vật và tế bào tảo thích sử dụng nitơ ở
dạng ammonium. Trong đất, các phân bón có ammonium sẽ được ưa thích hơn là phân
bón nitrat. Tế bào sẽ chuyển hóa nitrat hoặc ammonium thành protein.

5


2.2. Tổng quan về nhóm vi khuẩn oxy hóa ammonium
Vi khuẩn oxy hóa ammonium (AOB – ammonium oxidizing bacteria) được
phân lập lần đầu tiên vào cuối thế XIX (Frankland và Frankland, 1890; Winogradsky,
1890). Mặc dù nhà khoa học Winogradsky liên tục nghiên cứu, tìm hiểu hoạt động
sinh lý của AOB và đã chỉ rõ AOB là vi khuẩn Gram âm (G-), dinh dưỡng vô cơ hóa
học, cũng như dự đoán rằng có rất nhiều loài tham gia quá trình oxy hóa ammonium,
nhưng mãi cho đến những năm cuối thập kỉ 1960 thì nhiều loài mới của AOB mới
được phân lập (Watson, 1965; Watson và ctv, 1971; Harms và ctv, 1976; Jones và ctv,
1988; Koops và ctv, 1990, 1991). Bảng 2.1 cho thấy các nhóm vi khuẩn thuộc AOB và
số loài tương ứng với các nhóm đó.
Bảng 2.1 Giống và số loài của các giống thuộc AOB (Féray, 2000)
Vi sinh vật oxy hóa ammonium
Tên giống
Nitrosomonas
Nitrosospira
Nitrosococcus
Nitrosolobus
Nitrosovibrio

Số loài
10
5
3
2
2

Ngày nay, với việc sử dụng đoạn trình tự 16S rDNA để tiến hành xác định
AOB, các nhà khoa học đã phát hiện AOB thuộc hai lớp của ngành Proteobacteria.
Trong đó, nhóm thứ nhất thuộc lớp γ-Proteobacteria bao gồm các loài Nitrosococus
oceani và Nitrosococus halophilus. Còn nhóm thứ hai thuộc lớp β-Proteobacteria bao
gồm các giống Nitrosomonas, Nitrosospira (Woese và ctv, 1984, 1985; Head và ctv,
1993; Teske và ctv, 1994; Utaker và ctv, 1995; Purkhold và ctv, 2000), ngoài ra còn có
giống Nitrosolobus và Nitrosovibrio (Head và ctv, 1993; Teske và ctv, 1994), bên cạnh
đó còn có loài Nitrosococcus mobilis.
Mặt khác, gen amoA được ứng dụng trong việc phân loại AOB như là phân tử
đánh dấu (marker phân tử) (Mc Tavish và ctv, 1993; Klotz và Norton, 1995;
Rotthauwe và ctv, 1995; Hommes và ctv, 1998; Purkhold và ctv, 2000, 2003). Trong
đó đoạn gen có chiều dài 453 pb được dùng để tiến hành PCR trong phương pháp này
(Rotthauwe và ctv, 1997 bổ sung bởi Stephen và ctv, 1999).

6


2.3. Tổng quan về vi khuẩn Nitrosomonas
Vi khuẩn Nitrosomonas là loại vi khuẩn oxy hóa ammonium. Chúng đóng vai
trò quan trọng trong xử lý nước thải thông qua quá trình chuyển hóa ammonium thành
nitrit trong điều kiện hiếu khí.
2.3.1. Phân loại

Về mặt phân loại học, các nhà khoa học đã xếp vi khuẩn Nitrosomonas như sau:
Bảng 2.2 Phân loại khoa học vi khuẩn Nitrosomonas
Giới
Ngành
Lớp
Bộ
Họ
Giống

Vi khuẩn Nitrosomonas
Vi sinh
Proteobacteria
Beta Proteobacteria
Nitrosomonadales
Nitrosomonadaceae
Nitrosomonas

Trong quá trình nghiên cứu, phân lập AOB các nhà khoa học nhận thấy rằng
khi tiến hành phân lập AOB từ các nguồn nước thải thì chủ yếu phân lập ra giống
Nitrosomonas. Đến nay, các nhà khoa học đã xác định được 10 loài của Nitrosomonas
bao gồm: N.europaea, N.eutropha, N.halophila, N.communis, N.marina, N.aestuarii,
N.nitrosa, N.ureae, N.oligotropha, N.cryotolerans.
Sự có mặt của nhiều loài đã được chỉ ra bằng sự khác nhau giữa những thí
nghiệm di truyền DNA. Lượng G + C trong DNA vào khoảng 47,4 - 51,0%. Sự khác
biệt đặc trưng giữa các loài này là G + C có trong DNA, hình dạng và kích thước của
tế bào, lượng muối yêu cầu, sử dụng ure, sự có mặt của hợp chất carboxyl và protein tế
bào. Đại diện cho sự khác nhau giữa các loài của Nitrosomonas được làm rõ qua sự
khác nhau giữa N.cryotolerans và N.europaea.
N.crytolerans: kích thước 1,2 - 2,2 x 2,0 - 4,0 µm, không di động, sử dụng ure,
nhu cầu NaCl 2%, nhiệt độ thấp nhất phát triển -50C, sống ở biển. N.europaea: kích

thước 0,8 - 1,1 x 1,0 - 1,7 µm, không di động, không sử dụng ure, không cần muối,
nhiệt độ thấp nhất phát triển 50C, sống ở đất và nước ngọt.
N.europaea là vi khuẩn sống nhờ khí ammoniac, nó sử dụng ammoniac như
nguồn dự trữ cho sự sống và sự phát triển của chúng. Những lớp màng dài với những
ống nhỏ bên trong sử dụng các electron từ nguyên tử nitơ của khí ammoniac để tạo ra

7


năng lượng. Vi khuẩn này có các carboxylsomes chứa enzym sử dụng để chuyển hoá
cacbon dioxit thành cacbon của tế bào.
2.3.2. Đặc điểm hình thái
Thông thường Nitrosomonas có tế bào dạng hình cầu hoặc trục ngắn, di động
hoặc không di động, một số loài di động bằng tiên mao ở đầu cực, đứng riêng rẻ, thành
đôi hay thành chuỗi, Gram âm, biên nhiệt độ phát triển là 5 – 300C, thích hợp nhất
trong khoảng 20 – 300C. Chúng có thể chịu đựng pH trong dãy giá trị từ 5,8 - 8,5.
Chúng phân bố rộng rãi trong đất, nước. Nitrosomonas là vi khuẩn kị ánh sáng, thường
kết thành khối gọi là tập đoàn khuẩn keo.
2.3.3. Cấu trúc tế bào
Những loài ở biển được bao bọc thêm một lớp protein ở ngoài, màng tế bào
chất bên trong như túi khí ở phần giữa tế bào chất. Một vài loài nhưng không phải tất
cả các loài có thể sử dụng được ure như nguồn ammonium. Dinh dưỡng hóa năng vô
cơ bắt buộc, oxy hóa NH4+ thành NO2-, dùng quá trình cố định CO2 để thỏa mãn nhu
cầu về năng lượng và về nguồn thức ăn cacbon vô cơ. Hợp chất cacbon có thể đồng
hóa ở một giới hạn và có thể gây kích thích cho tế bào tự dưỡng phát triển.

Hình 2.2 Vi khuẩn Nitrosomonas.
2.3.4. Quá trình nitrit hoá của vi khuẩn Nitrosomonas
Cơ chế quá trình nitrit hóa của vi khuẩn Nitrosomonas: Đầu tiên ammonium
được thủy phân thành hydroxylamine bằng enzym AMO (Ammonium

Monooxygenase). Sau đó, hydroxylamine được oxy hóa thành nitrit nhờ enzym HAO
(Hydroxylamine Oxidoreductase). Quá trình này sinh ra năng lượng và được vi khuẩn
sử dụng để đồng hoá CO2 cho hoạt động sống của chúng.
NH4+

AMO

NH2OH
8

HAO

NO2-


2NH4+ + O2  2NH2OH + 2H+

(2.5)

NH4+ + 1,5O2  NO2- + H2O + 2H+ + 275 KJ/mol

(2.6)

Quá trình trên được thực hiện nhờ các vi sinh vật tự dưỡng N.europaea,
N.oligocarbogenes, trong điều kiện hiếu khí, nguồn cacbon sử dụng là CO2, HCO3-,
CO32-, không cần bổ sung các nguồn cacbon hữu cơ khác trong quá trình hoạt động.
Trong 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 nitrit hoá còn có sự tham gia
của các vi khuẩn oxy hoá ammonium khác như: Nitrosopira, Nitrosococcus,
Nitrosolobus.

Để quá trình nitrit hoá diễn ra hiệu quả cần tạo môi trường sống thích hợp cho
vi sinh vật oxy hoá ammonium thành nitrit như: pH, nhiệt độ, nồng độ oxy hoà tan,
nồng độ ammonium, tỉ số BOD5/TNK, các hợp chất ức chế khác (kim loại nặng,
phenol, dầu mỡ...).
2.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas
2.3.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của sinh vật, nhiệt độ càng tăng thì tốc
độ sinh trưởng càng tăng. Ở nhiệt độ trên 250C vi khuẩn AOB có thể cạnh tranh hiệu
quả với vi khuẩn NOB. Biên độ dao động nhiệt và tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn
Nitrosomonas như sau: nhiệt độ tối ưu cho quá trình phát triển: 25 – 300C, tốc độ tăng
trưởng giảm 50% khi nhiệt độ giảm xuống còn 180C, tốc độ tăng trưởng giảm 75% khi
nhiệt độ giảm xuống còn 8 – 100C, ngừng hoạt động ở 40C và chết ở 00C hoặc 490C.
2.3.5.2. Ảnh hưởng của pH
Trong quá trình xử lý sinh học, pH là yếu tố ảnh hưởng rõ rệt nhất đến đời sống
và hoạt động của sinh vật. pH ảnh hưởng đến các men xúc tác, ái lực đối với cơ chất…
pH tối ưu: 7,5 – 8, pH < 7, sinh vật sẽ chậm phát triển, tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn
Ntrosomonas bị ức chế ở pH = 6,5; quá trình bị ức chế khi pH < 6 hoặc thấp hơn.
2.3.5.3. Ảnh hưởng của oxy hoà tan (DO)
Nitrosomonas là vi khuẩn hiếu khí do vậy DO rất cần thiết để AOB phát triển.
Khi DO < 2 mg/l, quá trình nitrat hóa khó xảy ra, hoạt động của AOB vượt trội hơn
NOB.
2.3.5.4. Ảnh hưởng của chất vi lượng, kim loại nặng
Các chất vi lượng rất cần thiết cho sự phát triển của sinh vật. Các kim loại nặng
ức chế hoạt động của sinh vật, khi tế bào tiếp xúc với 1 M CdCl2, 6 M HgCl2, 8 M
CuCl2 thì mức oxy hoá ammonium giảm xuống 90%.
9


2.4. Sơ lược về một số nguồn nước thải
2.4.1. Nước thải chăn nuôi heo

Nước thải chăn nuôi heo là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng nhất, là nguồn nước thải không an toàn do hàm chứa các hợp chất
hữu cơ, nhiều chất xơ và hàm lượng cao các hợp chất nitơ, photpho, lưu huỳnh và các
vi sinh vật gây bệnh… Nguồn nước thải này có nguy cơ trở thành nguyên nhân trực
tiếp phát sinh bệnh cho gia súc đồng thời có thể lây lan sang người do chứa nhiều mầm
bệnh như: Samonella, Leptospira, Clostridium, Bacillus, Fasciolosis, Buski, Brucella...
Do đó, nếu không được xử lý tốt sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường nước, bên cạnh đó
còn tạo ra mùi hôi rất khó chịu cho môi trường không khí xung quanh (Ngô Kế Sương
và Nguyễn Lân Dũng, 1997).
Tuỳ thuộc vào điều kiện vệ sinh và chăm sóc trong quá trình chăn nuôi heo
(lượng nước dùng để làm vệ sinh) và thu dọn chất thải (có lấy bớt một phần phân heo
hay không trước khi làm vệ sinh) của mỗi cơ sở chăn nuôi sẽ làm cho hàm lượng và
thành phần chất gây ô nhiễm trong nước thải dao động thay đổi rất lớn. Với lượng chất
thải lớn như thế nếu có phương pháp xử lý thích hợp thì chẳng những làm sạch môi
trường mà còn tạo được một số sản phẩm phụ rất có giá trị như: khí sinh học (biogas),
phân hữu cơ v.v… phục vụ cho trồng trọt và tạo môi trường sinh thái bền vững.
2.4.1.1. Đặc điểm và thành phần của nước thải chăn nuôi heo
Đặc điểm chung của phân và nước tiểu:
Thành phần của phân và nước tiểu là những chất liệu trong thức ăn mà gia súc
sau khi tiêu hoá thải bỏ ra ngoài cơ thể. Lượng phân thải ra mỗi ngày và đặc tính của
nó tùy thuộc vào độ tuổi, khẩu phần thức ăn và trọng lượng của gia súc.
Bảng 2.3 Khối lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày của một số loại heo
Loại
Heo dưới 10 kg
Heo từ 15 – 45 kg
Heo từ 45 – 100 kg

Phân (kg/ngày)
0,5 - 1
1-3

3-5

Nước tiểu (kg/ngày)
0,3 - 0,7
0,7 - 2
2-4

Nguồn Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994 (trích dẫn bởi Lê Công Nhất Phương, 2009).

Thành phần của nước thải chăn nuôi heo: những chất không tiêu hoá được hoặc
không được chuyển hoá bởi các enzym của vi sinh vật hay các men tiêu hoá sẽ được
thải qua phân và nước tiểu, các khoáng chất cơ thể không sử dụng được K2O, P2O5,
CaO và các vi sinh vật trong thức ăn, trong ruột heo: virut, vi trùng, trứng giun sán,…
10


Nước thải chăn nuôi heo rất giàu chất hữu cơ, dễ phân hủy và là một loại phân
bón có giá trị. Nước phân chuồng giàu đạm, lân và kali. Nitơ trong nước rửa chuồng ở
3 dạng chủ yếu: ure, axit uric và axit hippuric. Các chất axit uric và axit hippuric bị vi
khuẩn phân giải thành ure và ure chuyển thành ammoni cacbonat.
Bảng 2.4 Hàm lượng các chất có trong phân và nước tiểu của heo từ 70 – 100 kg
TT

Chỉ tiêu

1
2
3
4
5

6

pH
Vật chất khô
N-NH4
Tổng nitơ
Cacbonat
Các axit béo mạch ngắn

Đơn vị

Hàm lượng
(trong phân)

Hàm lượng
(trong nước tiểu)

6,47 - 6,95
213 - 342
0,66 - 0,76
7,32 - 7,99
32,5 - 43,3
0,23 - 2,11

6,77 - 8,19
30,9 - 35,9
0,13 - 0,40
4,90 - 6,63
8,5 - 16,3
0,11 - 0,19

g/kg
g/kg
g/kg
g/kg
g/kg

Nguồn Trương Thanh Cảnh và ctv, 1997 – 1998 (trích dẫn bởi Lê Công Nhất Phương, 2009).

Bảng 2.5 Vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải chăn nuôi heo
TT
1
2
3

Các chỉ tiêu
Escherichia coli
Steptococcus faecalis
Clostridium ferfringens

Đơn vị
MPN/100ml
MPN/100ml
Tế bào/100ml

Nồng độ
1,5x106 – 6,8x108
3x102 – 3,5x103
50 – 1,6x102

Nguồn Trương Thanh Cảnh và ctv, 1997 – 1998 (trích dẫn bởi Lê Công Nhất Phương, 2009).

2.4.1.2. Xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp sinh học
Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên
Phương pháp này dựa chủ yếu vào khả năng tự làm sạch sinh học của môi
trường đất và thuỷ vực như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, ao sinh học v.v…
Một số phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo
Bể lọc kị khí: Là loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như giá
thể cho vi sinh vật dính bám. Vật liệu lọc của bể lọc kỵ khí là các loại cuội, sỏi, than
đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa hình dạng khác nhau. Nước thải có thể được cung cấp từ
trên xuống hoặc từ dưới lên. Bể lọc kị khí có khả năng loại được từ 70 – 90% BOD.
Bể UASB: Nước thải được nạp từ đáy hệ thống, chảy ngược lên qua lớp bùn
hoạt tính (bùn hạt, hoặc thảm bùn) rồi chảy ra ngoài. Khi tiếp xúc với những hạt bùn
kết bông ở thảm bùn, chất hữu cơ sẽ bị vi khuẩn kị khí xử lý còn chất rắn sẽ được giữ
lại. Các chất khí tạo thành được tách ra khỏi pha lỏng bằng thiết bị tách khí ở bên
trong hệ thống bể. Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kỳ được xả ra ngoài.

11


Bể sinh học (Biogas): Đó là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ trong điều
kiện kị khí qua nhiều giai đoạn, do tác động của nhiều nhóm vi khuẩn. Sản phẩm cuối
cùng của quá trình là nước thải giàu ammonium và khí sinh ra chủ yếu gồm khí metan
và cacbonic.
Bể vi sinh hiếu khí: Quá trình chuyển hoá vật chất trong bể dựa vào hoạt động
sống của các vi sinh vật hiếu khí. Các vi sinh vật trong bể hiếu khí tồn tại ở dạng bông
bùn hoạt tính. Các bông bùn vi sinh có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc
khuấy trộn định kỳ môi trường trong bể là cần thiết.
2.4.2. Nước thải thuỷ sản
2.4.2.1. Những tác động môi trường từ nuôi trồng thủy sản

Môi trường đất, môi trường nước và các hệ sinh thái trong phát triển nuôi trồng
thủy sản bị biến đổi gây suy thoái, ô nhiễm môi trường. Khi đào đắp ao nuôi thủy sản,
đào kinh rạch cấp và thoát nước, vệ sinh ao nuôi sau mùa thu hoạch đã làm cho tầng
phèn tiềm ẩn bị tác động bởi quá trình oxy hóa sẽ diễn ra quá trình lan truyền phèn rất
mãnh liệt làm giảm độ pH môi trường nước, gây ô nhiễm môi trường và dịch bệnh
tôm, cá trong nuôi trồng. Các nguồn thải ra sông rạch đã tác động làm cho môi trường
nước bị biến đổi. Chất lượng nước trong các ao nuôi thủy sản gồm cá nước ngọt, nuôi
tôm ven biển đặc biệt là trong các mô hình nuôi công nghiệp đã cho thấy dấu hiệu ô
nhiễm hữu cơ (BOD, COD, nitơ, photpho cao hơn tiêu chuẩn cho phép), có sự xuất
hiện các thành phần độc hại như H2S, NH3+ và chỉ số vi sinh coliforms, đã cho thấy
nguồn nước thải này cần phải được xử lý triệt để trước lúc thải ra sông rạch.
Chất thải trong nuôi trồng thủy sản là bùn thải chứa phân của các loài thủy sản
tôm cá, các nguồn thức ăn dư thừa thối rữa bị phân hủy, các chất tồn dư của các loại
vật tư sử dụng trong nuôi trồng như: hóa chất, vôi và các loại khoáng chất, lưu huỳnh
lắng đọng, các chất độc hại có trong đất phèn Fe2+, Fe3+, Al3+, SO42-, các thành phần
chứa H2S, NH3..., nguồn bùn phù sa lắng đọng trong các ao nuôi trồng thủy sản thải ra
hàng năm trong quá trình vệ sinh và nạo vét ao nuôi. Đặc biệt, với các mô hình nuôi kỹ
thuật cao, mật độ nuôi lớn như nuôi thâm canh, nuôi công nghiệp... thì nguồn thải càng
lớn và tác động gây ô nhiễm môi trường càng cao.

12


2.4.2.2. Nước thải nhà máy chế biến thủy sản
Nước thải nhà máy chế biến thủy sản được đặc trưng bởi hàm lượng ô nhiễm
chất hữu cơ và nitơ cao, nếu thải ra môi trường sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật
phát triển mạnh, gây ô nhiễm môi trường nặng nề. Số liệu khảo sát tại một số nhà máy
chế biến thủy sản tại Việt Nam về thành phần các chất ô nhiễm thể hiện ở Bảng 2.6.
Bảng 2.6 Thành phần các chất trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản
Thành phần

Chất rắn lơ lửng
COD
BOD
Tổng nitơ
Photpho

Đơn vị đo
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

Hàm lượng
800 - 2000
700 - 1500
600 - 1300
100 - 350
30 - 70

2.4.3. Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các
cộng đồng dân cư như: khu đô thị, trung tâm thương mại, khu vui chơi giải trí, cơ quan
công sở… Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại
chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn
các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.
Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô
nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước
thải sinh hoạt là BOD5, COD, nitơ và photpho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng
nitơ và photpho rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước

thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng nitơ và
photpho cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa,
làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm.
Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong
phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi
sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua
tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi, côn
trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp,… và sau
đó có thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virut,
vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán. Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm

13