Tìm Hiểu Khả Năng Tăng Sinh Phân Lập Và Đánh Giá Hoạt Lực Của Vi Khuẩn Aob Và Nob Có Nguồn Gốc Từ Nước Thải Chế Biến Thủy Sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU KHẢ NĂNG TĂNG SINH PHÂN LẬP VÀ
ĐÁNH GIÁ HOẠT LỰC CỦA VI KHUẨN AOB VÀ
NOB CÓ NGUỒN GỐC TỪ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN
THỦY SẢN

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: VI SINH MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoài Hương
Sinh viên thực hiện
MSSV: 0851110028

: Trương Cao Dương
Lớp: 08DSH5

TP. Hồ Chí Minh, 2012


LỜI CAM ĐOAN
Đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn khoa
học của TS. Nguyễn Hoài Hương, Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.Hồ Chí
Minh.
Những kết quả có được trong đồ án này là hoàn toàn không sao chép từ đồ án tốt nghiệp

của người khác dưới bất kỳ hình thức nào. Các số liệu trích dẫn trong đồ án tốt nghiệp này
là hoàn toàn trung thực. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về đồ án tốt nghiệp của mình.
TP.HCM, ngày 21 tháng 7 năm 2012
Sinh viên thực hiện


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, cho em gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành nhất đến ba mẹ và gia đình đã tạo
mọi điều kiện tốt nhất cho em được cắp sách đến trường, theo đuổi con đường học vấn mà
em đã chọn suốt 16 năm qua.
Lời thứ hai, cho em gửi lời tri ân chân thành nhất đến các thầy các cô những người đã tận
tình dạy dỗ, truyền đạt cho em những kiến thức hay và bổ ích nhất trong suốt những năm
em ngồi trên ghế nhà trường và giảng đường đại học, cho em một hành trang tri thức vững
chắc vào đời để thực hiện những ước mơ, những hoài bão mà em đang ấp ủ.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy các cô cùng ban giám hiệu nhà trường đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất từ điều kiện học tập, trang thiết bị máy móc hiện đại để em có thể làm
việc và thực hiện đề tài tốt nghiệp của em đạt kết quả tốt nhất. Và đặc biệt là em xin chân
thành cảm ơn cô Nguyễn Hoài Hương: cô đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo hết mình, giúp đỡ
tận tình em trong suốt thời gian dài làm đồ án để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của
mình với kết quả tốt nhất.
Lời cuối cùng, cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn của em, những người luôn
động viên, luôn sát cánh bên em và giúp đỡ em hết mình để em có thể hoàn thành đồ án tốt
nghiệp với kết quả tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày 21 tháng 7 năm 2012
Sinh viên thực hiện

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

ii 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AOB: Ammonia-Oxidizing Bacteria
cBOD: carbonaceous BOD
CBTS: Chế biến thủy sản
DO: Dissolved Oxygen
ĐC: Đối chứng
MLVSS: Mixed liquor volatile suspended solids
NOB: Nitrite-Oxidizing Bacteria
RAS: Return Activated Sludge
TN: Thí nghiệm
TS4: Thủy sản 4
W1: Winogradsky 1
W2: Winogradsky 2

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

iii 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các giống của vi khuẩn nitrate hóa. ................................................................. 17
Bảng 1.2. Sinh lý học cơ bản và những đặc trưng về cấu trúc của Nitrosomonas và
Nitrobacter. ..................................................................................................................... 18
Bảng 1.3. Sự tăng về kích thước quần thể của Nitrosomonas và Nitrobacter sau 72 giờ. .. 13
Bảng 1.4. Nồng độ DO và quá trình nitrate hóa đạt được. ................................................ 23
Bảng 1.5. pH và quá trình nitrate hóa............................................................................... 24
Bảng 1.6. Nhiệt độ và quá trình nitrate hóa. ..................................................................... 25
Bảng 1.7. Những dạng của sự ức chế và độc chất. ........................................................... 27
Bảng 2.1. Cường độ màu của NH4+ - NO2- & NO3- với thuốc thử tương ứng trong phản ứng
định tính. ......................................................................................................................... 38
Bảng 2.2. Thể tích mẫu còn lại của 10 bình AOB nuôi cấy sau khi đã lấy mẫu định lượng.41
Bảng 2.3. Kết quả OD của 6 chủng vi khuẩn sau 48 giờ nuôi lắc và thể tích huyền phù tế
bào cần hút cho thí nghiệm khảo sát. ............................................................................... 42
Bảng 2.4. Kết quả OD của 3 chủng vi khuẩn khảo sát sau 48 giờ tăng sinh và thể tích
huyền phù tế bào cần hút cho thí nghiệm. ........................................................................ 44
Bảng 3.1. Thử nghiệm định tính mẫu tăng sinh AOB trong môi trường W1 từ nước thải
TS4. ................................................................................................................................ 48
Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái của 4 chủng vi khuẩn phân lập được trên W1. ................... 49
Bảng 3.3. Hàm lượng NH4+ - NO2- & NO3- qua “Thử nghiệm định tính” 10 bình mẫu nuôi
cấy AOB. ........................................................................................................................ 51
Bảng 3.4. Hàm lượng NH4+ - NO2- & NO3- trong 10 bình mẫu AOB và hiệu quả chuyển
hóa cơ chất. ..................................................................................................................... 53
Bảng 3.5. Kết quả định tính 10 bình mẫu AOB tiếp tục được tăng sinh trong vòng 13 ngày
(sau khi đã được thay môi trường AOB mới). .................................................................. 56
Bảng 3.6. Tổng kết các chủng vi khuẩn nitrate hóa phân lập được trên môi trường W2. ... 58

Bảng 3.7. Hiệu quả chuyển hóa nitrite và nitrate hóa sau 6 ngày tăng sinh. ...................... 61

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

iv 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1. Hiện tượng cá chết hàng loạt trên sông do nhiễm độc. ...................................... 08
Hình 1.2. pH và sự chuyển đổi của NH3 và ion NH4+ ...................................................... 09
Hình 1.3. Hiện tượng tảo nở hoa. ..................................................................................... 10
Hình 1.4. Hội chứng da xanh ở trẻ em. ............................................................................ 10
Hình 1.5. Chu trình nitơ trong nước thải. ......................................................................... 11
Hình 1.6. Quy trình phân lập tuyển chọn, cải biến các VSV nguồn gốc tự nhiên để sản xuất
chế phẩm sinh học xử lý ô nhiễm. .................................................................................... 28
Hình 2.1. Phương trình đường chuẩn NH4+……………………………… ....................... 42
Hình 2.2. Phương trình đường chuẩn NO2 -…………………………………………… ..…42
Hình 2.3. Phương trình đường chuẩn NO3 ................................................................................................................... 43
Hình 3.1. Nồng độ các dạng nitơ NH4+ - NO2- & NO3- trong 11 bình tăng sinh AOB. ...... 54
Hình 3.2. Hiệu quả xử lý N – Amoni và hiệu quả nitrate hóa của các quần thể vi sinh vật
trong 10 bình tăng sinh AOB. .......................................................................................... 54
Hình 3.3. Các mẫu vi khuẩn phân lập trên thạch W2: a) Mẫu 1, b) Mẫu 2, c) Mẫu 3, d)
Mẫu 5, e) Mẫu 7, f) Mẫu MV1. ....................................................................................... 59
Hình 3.4. Biến thiên N – nitrite trong môi trường W2 khi cấy vi khuẩn phân lập từ nước
thải CBTS. ...................................................................................................................... 60

Hình 3.5. Nồng độ N – nitrate (mg/L) sinh ra trong môi trường W2 khi cấy các chủng phân
lập. ................................................................................................................................. 60
Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện khả năng chuyển hóa N – NO2- của 3 mẫu trong suốt thời gian
khảo sát. .......................................................................................................................... 62
Hình 3.7. Biến đổi nồng độ N – nitrate tạo thành theo thời gian khảo sát các mẫu phân
lập... ................................................................................................................................ 62
Hình 3.8. Biến đổi hiệu quả chuyển hóa nitrite và nitrate hóa theo thời gian của các mẫu
phân lập. .......................................................................................................................... 63
Sơ đồ 2.1. Sơ đồ tăng sinh, phân lập và khảo sát hoạt lực của vi khuẩn AOB và NOB có
nguồn gốc từ nước thải CBTS. ........................................................................................ 46

 

 

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

v 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ BIỂU ĐỒ ................................ v
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. vi
1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1
2. Tình hình nghiên cứu ............................................................................................... 2
2.1 

Trên thế giới ....................................................................................................................... 2 

2.2 

Tại Việt Nam ....................................................................................................................... 2 

3. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 4
1.1 Giới thiệu về những hợp chất có bản chất nitơ (Nitrogenous Compounds) .............. 5
1.1.1 Amino acids .......................................................................................................................... 5 
1.1.2 Proteins .................................................................................................................................. 6 
1.1.3 Urea ........................................................................................................................................ 6 
1.2 Những ảnh hưởng của những chất thải có bản chất nitơ đến môi trường sống và
nước thải ..................................................................................................................... 7
1.2.1 Sự cạn kiệt oxi hòa tan (DO) ............................................................................................. 7 
1.2.2 Độc tính (Toxicity) ............................................................................................................... 7 
1.2.3 Sự thiếu oxi trong nước (Eutrophication) ....................................................................... 9 
1.2.4 Sự làm mất khả năng vận hành oxi trong máu (Methemoglobinemia) ................... 10 
1.3 Chu trình nitơ trong nước thải (The Wastewater Nitrogen Cycle) ......................... 11
1.4 Giới thiệu về quá trình nitrate hóa trong môi trường (Introduction to
Nitrification)............................................................................................................... 14
1.5 Những vi khuẩn oxi hóa nitơ hay vi khuẩn nitrate hóa (Nitrifying Bacteria) ......... 15

1.6 Những sinh vật chỉ thị hay những chất chỉ thị cho quá trình Nitrate hóa
(Indicators of Nitrification) ......................................................................................... 21

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

vi 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

1.7 Những yếu tố hay điều kiện môi trường ảnh hưởng đến vi khuẩn nitrate hóa và
quá trình nitrate hóa .................................................................................................... 22
1.7.1 Sự tích lũy NO2 ................................................................................................................... 22 
1.7.2 Oxi hòa tan (DO) ............................................................................................................... 22 
1.7.3 Tính kiềm và pH ................................................................................................................. 23 
1.7.4 Nhiệt độ (Temperature) .................................................................................................... 24 
1.7.5 Sự ức chế và độc tính (Inhibition and Toxicity) ........................................................... 25 
1.8 Tăng cường sinh học (Bioaugmentaion) [10] ........................................................ 26
1.8.1 Định nghĩa ........................................................................................................................... 26 
1.8.2 Phương pháp tăng cường sinh học ................................................................................. 27 
1.9 Các nghiên cứu liên quan đến quá trình phân lập, nuôi cấy các chủng vi khuẩn
Nitrate hóa .................................................................................................................. 27
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 30
2.1 Thời gian và địa điểm ........................................................................................... 31
2.2 Vật liệu – Hóa chất – Dụng cụ & thiết bị .............................................................. 31
2.2.1 Vật liệu ................................................................................................................................. 31 
2.2.2 Hóa chất .............................................................................................................................. 31 

2.2.2.1 Thành phần môi trường phân lập, nuôi cấy ..................................................... 31
2.2.2.2 Các loại hóa chất sử dụng trong thí nghiệm .................................................... 33
2.2.3 Dụng cụ và thiết bị............................................................................................................. 33 
2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................................. 34
2.3.1 Nội dung nghiên cứu chính .............................................................................................. 34 
2.3.2 Phương pháp thu nhận và vận chuyển mẫu nước thải ............................................... 34 
2.3.3 Phương pháp phân lập...................................................................................................... 34 
2.3.4 Phương pháp định tính môi trường nuôi cấy ............................................................... 35 
2.3.5 Phương pháp xác định đặc điểm hình thái vi khuẩn phân lập .................................. 37 
2.3.6   Khảo sát khả năng mọc trên môi trường agar hữu cơ đối với 4 chủng nghi
ngờ là
vi khuẩn nitrite hóa đã phân lập được trên môi trường W1......................................... 40
2.3.8 Thử nghiệm tăng sinh khối 10 bình nuôi cấy AOB: .................................................... 41 

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

vii 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

2.3.9 Khảo sát khả năng chuyển hóa của 6 chủng vi khuẩn nitrate hóa đã phân lập
được trên môi trường W2 lỏng .................................................................................................. 41 
2.3.10  “Khảo sát khả năng chuyển hóa” của 3 chủng vi khuẩn nitrate hóa chọn lọc 
trên môi trường giàu vi lượng NOB (1g NaNO2/l) .................................................................44 

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ................................................................ 47

3.1 Kết quả tăng sinh phân lập và khảo sát hoạt lực nitrite hóa của AOB từ nước
thải nhà máy chế biến thủy sản (CBTS) ...................................................................... 48
3.1.1 Tăng sinh phân lập AOB lần I ......................................................................................... 48 
3.1.1.1 Kết quả thử nghiệm định tính .......................................................................... 48
3.1.1.2 Kết quả phân lập............................................................................................. 49
3.1.1.3 Kết quả khảo sát khả năng mọc của 4 chủng vi khuẩn nitrite hóa trên môi
trường agar hữu cơ .................................................................................................... 50
3.1.2 Tăng sinh phân lập AOB lần II ....................................................................................... 50 
3.1.3 Tăng sinh phân lập AOB lần III ...................................................................................... 51 
3.1.3.1 Kết quả thử nghiệm định tính .......................................................................... 51
3.1.3.2 Kết quả định lượng hàm lượng NH4+ - NO2- & NO3- có trong 10 bình nuôi
cấy AOB vừa mới phân lập được ở trên ...................................................................... 52
3.1.3.3 Kết quả định tính lại 10 bình AOB sau khi thêm môi trường mới vào và tăng
sinh tiếp tục trong 13 ngày ......................................................................................... 55
3.2 Kết quả tăng sinh phân lập và khảo sát hoạt lực nitrate hóa của các chủng NOB
có nguồn gốc từ nhà máy chế biến thủy sản (CBTS) ................................................... 57
3.2.1 Tăng sinh phân lập NOB lần I ........................................................................................ 57 
3.2.1.1 Kết quả định tính ............................................................................................ 57
3.2.1.2 Kết quả phân lập............................................................................................. 57
3.2.1.3 Khảo sát khả năng chuyển hóa của 6 mẫu vi khuẩn phân lập được trên môi
trường lỏng W2 .......................................................................................................... 59
3.2.1.4 Khảo sát khả năng chuyển hóa của các quần thể NOB trong thí nghiệm tăng
sinh trên môi trường lỏng NOB (1g NaNO2/l) ............................................................. 61
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................... 65
4.1 Kết luận ................................................................................................................ 66
4.2 Kiến nghị .............................................................................................................. 66

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

viii 

Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 68
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH............................................................................................... 70
PHỤ LỤC BẢNG ....................................................................................................... 92
 

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

ix 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
-

Việt Nam được mệnh danh là “Rừng vàng - Biển bạc” với sự phong phú và đa dạng

về tài nguyên thiên nhiên. Nước ta có chiều dài bờ biển dài hàng ngàn km từ Bắc vào Nam,
chính vì vậy mà chúng ta sở hữu được một nguồn tài nguyên biển vô cùng vô tận, đặc biệt

nhất là nguồn lợi thủy hải sản vô cùng phong phú. Chính vì thế đã thúc đẩy sự phát triển
mạnh mẽ của ngành công nghiệp đánh bắt và chế biến thủy hải sản ở các tỉnh ven biển và ở
các thành phố lớn của nước ta.
-

Ngành công nghiệp chế biến thủy sản ở nước ta đã phát triển không ngừng trong

những năm gần đây và đang là ngành mũi nhọn trong việc thúc đẩy phát triển nền kinh tế
của nước nhà, mang lại nhiều lợi nhuận kinh tế cho đất nước, tạo ra nhiều công ăn việc làm
cho người dân … Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực ấy, thì còn rất nhiều công ty,
nhà máy xí nghiệp chế biến thủy hải sản ở nước ta chưa có đầu tư và vận hành hệ thống xử
lý nước thải; nước thải chế biến thủy sản được thải với lượng lớn ra ngoài môi trường, gây
ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là môi trường nước.
-

Nước thải chế biến thủy sản (nước thải giết mổ và rửa thủy sản) chứa hàm lượng

hữu cơ rất cao, đặc biệt là các chất hữu cơ có chứa nitơ, khi chúng được thải ra ngoài môi
trường sẽ gây ô nhiễm cho chủ yếu là các nguồn nước mặt như ao, hồ, sông, suối… và ảnh
hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Chính vì vậy để khắc phục tình trạng ô nhiễm này
đã có nhiều biện pháp xử lý khác nhau nhằm hạn chế và giảm bớt hàm lượng chất thải hữu
cơ có chứa nitơ trong hệ thống xử lý nước thải trước khi nước được thải ra ngoài. Và
phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là xử lý bằng phương pháp sinh học để xử lý
nước thải chế biến thủy sản (phù hợp với tính chất của nước thải chế biến thủy sản là giàu
chất hữu cơ) với việc bổ sung vi sinh vật được phân lập nuôi cấy từ bên ngoài vào hệ thống
xử lý nước thải nhằm tăng cường hiệu quả xử lý trước khi nước được thải ra ngoài. Dựa
vào điểm này, chúng tôi đã đi đến quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu khả năng tăng sinh
phân lập và đánh giá hoạt lực của vi khuẩn AOB và NOB có nguồn gốc từ nước thải
CBTS” với mục đích là tìm hiểu khả năng tăng sinh phân lập các chủng vi khuẩn nitrate
hóa có khả năng xử lý nitơ từ nguồn nước thải chế biến thủy sản để có thể ứng dụng tạo ra

các chế phẩm sinh học để bổ sung vào hệ thống xử lý nước thải giúp tăng hiệu quả xử lý
nước thải cũng như loại bỏ hoàn toàn các chất thải có bản chất nitơ ra khỏi nước thải trước
khi được thải ra ngoài môi trường.

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

1 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

2.

Tình hình nghiên cứu:

2.1

Trên thế giới:

-

Sự phân lập vi khuẩn nitrate hóa trong môi trường nuôi cấy thuần khiết đã được

thực hiện thành công đầu tiên bởi Winogradsky (1890). Sự thành công này của ông đã
được biết đến vài năm trước khi quá trình nitrate hóa được tìm ra là do những sinh vật sống
thực hiện (Schloesing & Muntz, 1877) và sự cố gắng của Frankland cùng các cộng sự
(1890) để phân lập những sinh vật ấy bằng những phương pháp vi khuẩn học thường dùng

đã gặp thất bại.
-

Năm 1950, bằng phương pháp cải tiến từ phương pháp của Winogradsky, Jane

Meiklejohn đã thành công trong việc phân lập chủng Nitrosomonas europaea từ sự nuôi
cấy thuần khiết. Và cũng trong nghiên cứu này, bà cũng đã tìm ra được môi trường thích
hợp (có bổ sung thành phần vi lượng cần thiết) để duy trì hoạt tính của các chủng vi khuẩn
nitrate hóa (qua nhiều lần cấy chuyển môi trường để tăng sinh mà không bị mất hoạt tính
như ban đầu bà đã vấp phải khi mới bắt đầu nghiên cứu). [11]
-

Năm 1960, Watson và cộng sự đã mở ra một kỉ nguyên mới trong việc phân lập và

nuôi cấy loại vi khuẩn này, họ đã phát hiện ra và đặt tên cho hơn 16 chủng vi khuẩn oxi
hóa NH3 khác.
-

Năm 1968, S.Soriano và N.Walker đã thành công trong việc phân lập và tinh sạch

được Nitrosomonas và Nitrosocystis spp. bằng việc sử dụng môi trường agar tinh chế và
một phương pháp thu nhận những tập đoàn với những pipet mao quản thủy tinh được hoạt
động bởi máy vi thao tác đơn trước đây đã được mô tả bởi Soriano (1935). [20]
2.2

Tại Việt Nam:

-

Trần Liên Hà, Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Thị Thanh (2007) đã phân lập được 4

chủng vi khuẩn nitrate hóa ứng dụng vào xử lý nước hồ bị ô nhiễm. [1]
-

Hoàng Phương Hòa, Trần Văn Nhị, Phạm Việt Cường, Nguyễn Thị Kim Cúc

(2008) đã phân lập được 6 chủng vi khuẩn nitrate hóa từ nước lợ nuôi tôm và ứng dụng xử
lý nitơ trong ao nước nuôi tôm. [2]
3.

Mục đích nghiên cứu:

-

Tìm hiểu khả năng tăng sinh phân lập và đánh giá hoạt lực của vi khuẩn AOB và

NOB có nguồn gốc từ nước thải CBTS.
4.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

-

Tìm hiểu khả năng tăng sinh, phân lập các chủng vi khuẩn AOB và NOB có nguồn

gốc từ nước thải CBTS.

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

2 

Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012
-

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

Đánh giá hoạt lực của các chủng vi khuẩn AOB và NOB phân lập được trên môi

trường nuôi cấy tương ứng của chúng.
5.

Phương pháp nghiên cứu:

-

Phương pháp thu nhận và bảo quản mẫu nước thải.

-

Phương pháp phân lập vi khuẩn nitrate hóa.

-

Phương pháp thử nghiệm định tính.

-

Phương pháp xác định đặc điểm hình thái vi khuẩn phân lập.

-

Phương pháp định lượng NH4+ - NO2- và NO3- trong môi trường nuôi cấy.

 

 

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

3 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
 

 

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

4 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

1.1

Giới thiệu về những hợp chất có bản chất nitơ (Nitrogenous Compounds):

-

Sự đa dạng hóa của những hợp chất có thể rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc

xả thải bao gồm cả những chất thải có bản chất nitơ. Ví dụ về những hợp chất có bản chất
nitơ đã được tìm thấy trong nước thải công nghiệp bao gồm: analine (CH3CHNH2COOH),
chất ức chế sự ăn mòn, chất thải của các sản phẩm từ sữa và chất thải từ lò mổ…
-

Analine: được sử dụng trong sản xuất thuốc nhuộm, những hóa chất chụp ảnh và

những chất dùng làm thuốc. Nitrite: được dùng làm chất ức chế ăn mòn trong hệ thống
nước công nghiệp. Những chất thải từ sữa: bao gồm những protein có chứa nitơ, kể cả
casein và nhiều protein hiện diện trong thịt và máu từ chất thải lò mổ hay nhà máy chế biến
thủy sản.
-

Nước thải trong nhà bao gồm những hợp chất nitơ hữu cơ và NH4+. Nitơ trong

nước thải trong nhà bắt nguồn từ sự chuyển hóa protein trong cơ thể con người. Trong
nước thải trong nhà mới được thải ra, khoảng chừng 60% nitơ là ở trạng thái hữu cơ, như

là những chất thải có chứa protein và 40% nitơ là dưới dạng vô cơ, như NH4+. Những hợp
chất hữu cơ như: amino acid, protein, urea có nguồn gốc từ những hợp chất nitơ hữu cơ từ
nước thải trong nhà, trong khi đó NH4+ là hợp chất có nguồn gốc vô cơ từ nước thải trong
nhà.
-

Nếu không thải ra bằng những ngành nghề sản xuất kinh doanh riêng biệt, thì NO3 -

và NO2 - không được tìm thấy trong hệ thống cống rãnh thành phố. Những điều kiện bên
trong hệ thống cống rãnh không thuận lợi cho sự oxi hóa NH4+ hay NO2 -; tức là quá trình
nitrate hóa không xảy ra.
1.1.1 Amino acids:
-

Amino acid: là những hợp chất nitơ hữu cơ, chúng chứa nhóm carboxylic acid (-

COOH) và nhóm amino (-NH2). Nhóm amino trong tất cả các amino acid luôn luôn được
liên kết với carbon kế cận nhóm carboxylic acid. Amino acid là những hợp chất khung của
cấu trúc protein, chúng tạo thành các phân tử protein. Trong thời gian suy giảm của amino
acid, nhóm amino được phóng thích.
-

Sự khử nhóm NH2 ra khỏi một hợp chất hữu cơ là phản ứng sinh hóa chịu trách

nhiệm về sự giảm đi của nhóm amino. Sự khử nhóm NH2 khỏi một hợp chất hữu cơ của
amino acid có thể xảy ra trong hệ thống cống rãnh và hệ thống xử lý nước thải (cụ thể là
trong bể aerotank). Sự khử nhóm NH2 có thể xảy ra trong sự hiện diện hay không có oxi
hòa tan. Những amino acid có cấu trúc đơn giản có thể được phân hủy trong hệ thống cống
rãnh. Còn những amino acid có cấu trúc phức tạp hơn có thể được phân hủy trong hệ thống
xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính).

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

5 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012
-

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

Khi mà nhóm amino (-NH2) được phóng thích vào nước thải, nó được biến đổi

nhanh chóng thành NH4+. Sự biến đổi này xảy ra trong nước thải do có sự hiện diện của
ion H+:
NH2

2H+ Æ NH4+

1.1.2 Proteins:
-

Protein: là những hợp chất nitơ hữu cơ (chứa tới 15 – 17% nitơ) và là thành phần

quan trọng của tế bào sinh vật; chúng chứa những amino acid. Protein là những chất keo và
có cấu trúc rất phức tạp. Vì chúng là những chất keo tự nhiên và có cấu trúc phức tạp nên
sự phân hủy protein là rất chậm và sự khử NH2 thường xảy ra trong hệ thống xử lý nước
thải (bể bùn hoạt tính) chứa đựng nồng độ chất rắn cao và sự thông khí kéo dài.
-

Protein phải được hút bám trên bề mặt của vi khuẩn và được hòa tan thành những

hợp chất đơn giản, chúng có thể đi vào những tế bào vi khuẩn để mà được phân hủy. Khi
protein phân hủy, thì những amino acid được giải phóng. Sự khử nhóm amino (-NH2) của
các amino acid đưa đến sự tạo ra NH4+.
-

Những protein hình thành nên nhiều tế bào chất bên trong tế bào vi khuẩn và cung

cấp như là phần hợp thành cấu trúc bên trong vách tế bào vi khuẩn. Những enzyme của vi
khuẩn vẫn có protein trong thành phần cấu tạo. Khi mà vi khuẩn chết đi trong một hệ thống
xử lý nước thải, những chất hợp thành tế bào này được giải phóng và đáp ứng như là nguồn
thức ăn cho sự sống của những vi khuẩn khác. Khi mà những chất hợp thành tế bào bị phân
hủy, NH4+ được tạo ra trong hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính).
1.1.3 Urea:
-

Urê: có trong thành phần nước tiểu của người và động vật, chiếm khoảng 2.2%

nước tiểu và chứa tới 46.6% nitơ. Urê là một hợp chất nitơ hữu cơ đơn giản nhất, nó chứa 2
nhóm amino. Trong hệ thống cống rãnh urê bị thủy phân tạo thành NH4+. Thủy phân là sự
phân cắt hay một phân tử với sự cộng thêm nước thông qua hoạt động của vi khuẩn. Vi
khuẩn dùng enzyme urease để phân cắt urê:
H2NCONH2
-

2H2O Æ 2NH4+

CO2

Trong hệ thống cống rãnh nhiều hợp chất nitơ hữu cơ nhanh chóng được thủy phân

và khử nhóm NH2. Do sự thủy phân và sự khử nhóm NH2 trong hệ thống cống rãnh, nồng
độ NH4+ đầu vào mà hệ thống xử lý nước thải nhận được từ nước thải trong nhà thường là
15 – 30mg/l. Những ion NH4+ được phóng thích thêm ra trong hệ thống xử lý nước thải (bể
bùn hoạt tính) từ những amino acid có cấu trúc phức tạp, protein và những chất thải có bản
chất nitơ khác nữa.

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

6 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012
1.2

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

Những ảnh hưởng của những chất thải có bản chất nitơ đến môi trường sống

và nước thải:
-

Sự hiện diện của những chất thải có bản chất nitơ và những chất thải có chứa nitơ

trong nước thải cuối cùng của một hệ thống nước thải nhà máy hay xí nghiệp được thải ra,
có thể tác động bất lợi và gây ô nhiễm đến chất lượng của nguồn nước tiếp nhận (các
nguồn nước mặt như: sông, suối, ao, hồ…). Nguồn gốc của những chất thải có bản chất
nitơ gây ô nhiễm nguồn nước nhận chính là những ion NH4+, NO2- và NO3-. Những tác

động gây ô nhiễm quan trọng có liên quan tới sự hiện diện của những chất thải có bản chất
nitơ ấy bao gồm: sự cạn kiệt oxi hòa tan (DO), độc tính (Toxicity), sự thiếu oxi trong nước
(Eutrophications) và sự làm mất khả năng vận hành oxi trong máu (Methemoglobinemia).
-

Để giảm bớt những ảnh hưởng bất lợi của những chất thải có bản chất nitơ cho

nguồn nước tiếp nhận, một hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính) phải đảm bảo
yêu cầu xử lý và giảm lượng chất thải có bản chất nitơ xuống dưới hoặc bằng mức cho
phép của tiêu chuẩn xả thải trong nước thải đầu ra của hệ thống xử lý nước thải ấy. Hệ
thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính) phải đảm bảo quá trình oxi hóa nitơ
(nitrify) và quá trình khử nitơ (denitrify) những chất thải có bản chất nitơ xảy ra hoàn tất
trong cả quá trình hoạt động của hệ thống. Yêu cầu của quá trình nitrate hóa (nitrification)
thường được đưa ra như giới hạn thải ra NH3 và yêu cầu của quá trình phản nitrate
(denitrification) thường được đưa ra như giới hạn Tổng nitơ hay Tổng nitơ Kjeldahl
(TKN).
1.2.1 Sự cạn kiệt oxi hòa tan (DO):
-

Việc thải ra những chất thải có bản chất nitơ vào nguồn nước nhận là kết quả của

sự cạn kiệt nguồn oxi hòa tan trong nguồn nước nhận ấy. Sự cạn kiệt xảy ra thông qua sự
tiêu thụ oxi hòa tan bởi hoạt động của vi khuẩn.
-

Đầu tiên, NH4+ được oxi hóa thành NO2 - và NO2- được oxi hóa thành NO3- bên

trong nguồn nước tiếp nhận. Quá trình oxi hóa mỗi ion xảy ra bằng oxi hòa tan được di
chuyển từ nguồn nước tiếp nhận vào vi khuẩn và gia tăng thêm NH4+ và NO2 -. Tiếp theo,
NH4+, NO2- và NO3- đáp ứng như là nguồn nitơ dinh dưỡng cho sự tăng trưởng của những

thực vật sống ở nước, chủ yếu là những loài tảo. Khi những thực vật ấy chết đi, oxi hòa tan
sẽ được di chuyển từ nguồn nước tiếp nhận vào vi khuẩn để phân hủy những thực vật đã
chết ấy.
NH4+

+ O2

NO2-

+ O2

NO3-

1.2.2 Độc tính (Toxicity):
SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

7 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

Hình 1.1: Hiện tượng cá chết hàng loạt trên sông do nhiễm độc.[23]
-

Ba ion có bản chất nitơ trên (NH4+ - NO2- & NO3 -) có thể là độc chất cho sự sống

của những loài thủy sinh vật, đặc biệt nhất là cá. Những ion NH4+ và NO2 - là vô cùng độc.

Và NO2- là độc nhất trong 3 loại ion có bản chất nitơ.
-

Mặc dù NH4+ là nguồn dinh dưỡng nitơ ưa thích nhất cho phần lớn sinh vật sống,

NH4+ được biến đổi thành NH3 với sự tăng lên của pH. Nó là NH3 khi ở pH cao và độc cho
sự sống của thủy sinh vật.

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

8 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

Hình 1.2: pH và sự chuyển đổi của NH3 và ion NH4+ .[16]

1.2.3 Sự thiếu oxi trong nước (Eutrophication):
-

Trong khi phosphate (PO42-) là nguồn gốc chính yếu của sự thiếu oxi trong nước thì

những chất thải có bản chất nitơ cũng góp phần quan trọng cho vấn đề ô nhiễm nước này.
-

Sự thiếu oxi trong nước nói đến sự thải ra những chất dinh dưỡng của thực vật (chủ

yếu là: phốt pho và nitơ) vào nước sạch (như: hồ và ao). Sự hiện diện những chất dinh
dưỡng này kích thích sự tăng trưởng nhanh chóng hay sự ra hoa của thực vật thủy sinh, bao
gồm cả tảo. Khi những thực vật thủy sinh này già và chết đi, xác của chúng sẽ làm cho
nguồn nước thiếu oxi do quá trình hoạt động phân hủy hiếu khí của những vi sinh vật diễn
ra. Sự thiếu oxi trong nước dẫn đến sự lão hóa nhanh chóng của nguồn nước ngọt khi
chúng mất khá nhiều oxi cho sự phân hủy này. Và sự tích lũy xác những thực vật thủy sinh
ngày càng nhiều dẫn đến khả năng phân hủy của nguồn nước bị giảm đi đến mức chúng

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

9 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

không thể phân hủy được nữa, không tự làm sạch được nữa thì dẫn đến nguồn nước ấy bị ô
nhiễm.

Hình 1.3: Hiện tượng tảo nở hoa.[23]

1.2.4 Sự làm mất khả năng vận hành oxi trong máu (Methemoglobinemia):

Hình1.4: Hội chứng da
xanh ở trẻ em.[23]
-

Từ “Methemoglobinemia” hay “Hội chứng da xanh ở trẻ em” nói đến một căn

bệnh của những đứa trẻ còn nhỏ (dưới 6 tháng tuổi) ăn uống phải nước ngầm đã nhiễm bẩn
NO3-. Khi một đứa bé ăn uống những thứ được làm ra từ nước ngầm đã bị nhiễm bẩn NO3 thì những ion này dễ dàng được biến đổi thành NO2- trong đường tiêu hóa của đứa bé. Ion
NO2- này xâm nhập vào hệ tuần hoàn của đứa trẻ và nhanh chóng liên kết với Fe trong
nhân của Hemoglobin hay những Tế bào hồng cầu.
-

Sự hiện diện của NO2- trong nhân ngăn cản Hemoglobin thu được oxi khi nó đi qua

phổi của đứa trẻ. Sự thiếu oxi trong cơ thể của đứa trẻ dẫn đến da của đứa trẻ trở nên xanh

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

10 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

xao, vì thế mới có thuật ngữ “Blue baby syndrome”. Nếu thiếu oxi trong não của đứa trẻ,
chứng liệt hay chết có thể xuất hiện.
-

Methemoglobinemia thường thường liên đới với những vùng nông thôn, nơi mà

nước dùng để uống được thu từ nước ngầm. Methemoglobinemia không có dấu hiệu để
cảnh báo và mặc dù nó có thể xuất hiện với những người trưởng thành; nó có thể độc hơn
nhiều với những đứa trẻ sơ sinh bởi vì pH trong cơ thể chúng thấp hơn và trọng lượng cơ

thể chúng thấp hơn khi so sánh với những người trưởng thành. Và khi ion NO3 - ở nồng độ
cao cũng có thể làm tăng nguy cơ gây ung thư dạ dày ở mọi lứa tuổi.
1.3

Chu trình nitơ trong nước thải (The Wastewater Nitrogen Cycle):

Hình 1.5: Chu trình nitơ trong nước thải.[16]

-

Có nhiều hợp chất có bản chất nitơ tồn tại trong môi trường sống và trong hệ thống

xử lý nước thải. Phần lớn nitơ tìm thấy trong môi trường sống tồn tại dưới dạng nitơ phân
tử (N2) trong bầu khí quyển chúng ta (chúng chiếm tới 76% trong bầu khí quyển so với các
khí khác).
-

Mặc dù sự cấu thành không nhiều của nitơ trong sinh khối so với carbon hay oxi

nhưng nitơ là một yếu tố thiết yếu của tất cả sự sống sinh vật. Nó được kết hợp chặt chẽ
SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

11 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

trong nguyên liệu tế bào và được dùng cho sự tăng trưởng, tạo ra enzyme và thông tin về di
truyền học. Tuy nhiên, nitơ phân tử được cấu tạo từ 2 nguyên tử nitơ nối với nhau bằng 3
dây nối N N, nó rất khó để hầu hết sinh vật có thể bẻ gãy. May thay, nitơ phân tử được
tạo ra sẵn có cho sự sống sinh vật khi mà liên kết 3 bị bẻ gãy bởi một nhóm vi khuẩn duy
nhất và được cố định lại hay biến đổi thành NH4+.
-

Những vi khuẩn biến đổi nitơ phân tử thành NH4+ là những vi khuẩn cố định nitơ.

Những vi khuẩn này có thể sống tự do trong đất xung quanh rễ của thực vật hay có thể tăng
trưởng cộng sinh trong rễ của những cây họ đậu.
-

Sự cố định nitơ tức là sự chuyển đổi nitơ phân tử thành NH4+, được hoàn thành bởi

enzyme nitrogenase chỉ được tìm thấy trong những vi khuẩn cố định nitơ. Trước khi sự sử
dụng phân bón nitơ lan rộng, thực vật tăng trưởng nốt sần hay những cây họ đậu cung cấp
nitơ cho đất. Ví dụ những cây họ đậu bao gồm: Cỏ linh lăng, Cỏ ba lá và những cây Đậu
nành.
-

Một vài loài tảo cũng có thể sử dụng nitơ phân tử để sản xuất ra amino acid và

protein. Tảo lấy nitơ phân tử từ không khí và đồng hóa chúng thành những phân tử hữu cơ.
Cuối cùng, những phân tử hữu cơ này với nitơ liên kết thành cấu trúc của chúng và được
tiêu thụ trong suốt chiều dài của chuỗi thức ăn; như là tảo được tiêu thụ bởi những dạng
sống cao hơn.
-

Sự di chuyển của nitơ và sự thay đổi chính nó trong các trạng thái oxi hóa từ không

khí sang sinh vật sống đến hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính) và sự trở lại
của nó vào không khí là chu trình nitơ trong nước thải. Chu trình này liên kết với những
hợp chất có bản chất nitơ then chốt liên tiếp như: nitơ phân tử (N2), amino acid, protein,
urea, NH4+, NH3, NO2- và NO3-. Trong đó, amino acid và protein là những dạng hữu cơ của
nitơ; còn nitơ phân tử (N2), NH4+, NH3, NO2- và NO3- là những dạng vô cơ của nitơ.
-

Sự sản sinh ra NO2 - và NO3 - trong hệ thống cống rãnh là hiếm thấy. Những điều

kiện trong hệ thống cống rãnh là không phù hợp cho sự tạo ra hay quá trình nitrate hóa của
những ion này. Những điều kiện bất lợi trong hệ thống cống rãnh ngăn cản quá trình nitrate
hóa bao gồm: sự thiếu oxi thích hợp, quần thể vi khuẩn nitrate hóa nhỏ và thời gian nước
được giữ lại ngắn. Tuy nhiên, lượng rất lớn NO2- và NO3 - có thể được tìm thấy trong hệ
thống cống rãnh nếu chúng được thải ra từ nguồn nước thải công nghiệp có những ion này,
như là nước thải nhà máy thép.
-

Những amino acid và protein trong mô thực vật, trong rễ, trong hạt và từ thịt vật

nuôi được thải trực tiếp vào hệ thống cống rãnh (rác vứt bỏ đi, nước thải chế biến thực
phẩm) và gián tiếp vào hệ thống cống rãnh (chất thải có bản chất là phân). Nhiều vi khuẩn
SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

12 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

trong hệ thống cống rãnh khử nhóm amino (-NH2) ra khỏi các amino acid và protein. Sự
khử nhóm NH2 được hoàn thành với enzyme deaminase và đưa đến kết quả là tạo ra NH4+.
Sự tạo thành NH4+ còn được biết đến như là quá trình amôn hóa. Sự khử nhóm NH2 của
amino acid phenylalanine được cho thấy:
Phenylalanine –ProteusÆ NH4+
-

Phenylpyruvic acid.

Urea: là một hợp chất nitơ hữu cơ, chúng được tìm thấy trong nước tiểu, phân bón

và những chất thải từ chăn nuôi. Khi mà được thủy phân bởi enzyme urease của vi khuẩn,
NH4+ được giải phóng. Enzyme urease được tìm thấy trong nhiều sinh vật dị dưỡng hóa
năng hữu cơ liên kết với phân bao gồm: Citrobacter. Sự thủy phân urea thành NH3 và CO2
bởi hoạt động của vi khuẩn là rất nhanh chóng. Ở pH của hệ thống cống rãnh NH3 nhanh
chóng được biến đổi thành NH4+.
NH2COHN2
-

H2O –CitrobacterÆ 2NH3

CO2

Những amino acid và những protein không được phân hủy trong hệ thống cống

rãnh có thể được phân hủy trong hệ thống xử lý nước thải (bể aerotank). Sự phân hủy
những amino acid và protein trong bể aerotank cũng đưa đến kết quả sản sinh ra NH4+.
-

Những ion NH4+ trong hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính) có vài

nhiệm vụ. Chúng có thể được dùng như nguồn dinh dưỡng nitơ bởi những sinh vật dị
dưỡng hóa năng hữu cơ và vi khuẩn nitrate hóa. Chúng có thể được giải phóng ra ngoài
không khí như NH3 ở pH cao và dưới những điều kiện hoạt động thích hợp, Nitrosomonas
có thể oxi hóa chúng thành NO2 -. Nếu những ion NH4+ không được sử dụng như nguồn
dinh dưỡng, hóa thành khí hay oxi hóa, chúng được chảy vào trong hệ thống nhánh của bể
aerotank.
-

Dưới nhiệt độ lạnh hay điều kiện phương pháp hệ thống có giới hạn, ion NO2- có

thể tích lũy lại trong hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính). NO2- cũng có một
vài nhiệm vụ trong hệ thống bùn hoạt tính. Chúng có thể bị oxi hóa hóa học thành NO3 nếu Cl2 được dùng để kiểm soát sự tăng trưởng không mong muốn của những sinh vật
dạng sợi. NO2- còn có thể được oxi hóa sinh học bởi Nitrobacter dưới những điều kiện
hoạt động thuận lợi. Nếu NH4+ và NO2 - không có sẵn trong bể aerotank, NO3- được dùng
như là nguồn dinh dưỡng nitơ bởi những sinh vật dị dưỡng hóa năng hữu cơ. Nếu những
ion NO2- không bị oxi hóa hay được dùng như nguồn dinh dưỡng nitơ, chúng được chảy
vào hệ thống nhánh của bể aerotank. Trong bể lắng 2, NO2- có thể được khử thành các khí
N2O và N2.

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

13 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012
-

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

NO3- trong hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính) có một vài nhiệm vụ.

Trong sự vắng mặt của NH4+ trong bể aerotank, NO3- có thể được dùng như nguồn dinh
dưỡng nitơ. Nếu NO3- không được dùng như một nguồn dinh dưỡng nitơ thì chúng được
chảy vào hệ thống nhánh của bể aerotank. Trong bể lắng 2, NO3- có thể được khử nitrate.
-

Những ion NO3 - là quan trọng chủ yếu trong chu trình nitơ nước thải. Chúng là sản

phẩm của quá trình nitrate hóa, cơ chất của quá trình phản nitrate hóa và là nguồn dinh
dưỡng nitơ khi mà NH4+ không có sẵn. NO3 - được sử dụng như nguồn dinh dưỡng nitơ
thông qua một hệ thống sinh học được biết như sự đồng hóa nitrate. Những ion NO3 - rất
dồi dào, nguồn nitơ vô cơ trong nguồn nước.
-

Sự phản nitrate có thể xảy ra trong lớp bùn của bể lắng 2 (trong Hệ thống xử lý

nước thải) khi mà điều kiện kỵ khí xảy ra trong lớp bùn. Ở đây vi khuẩn kỵ khí tùy nghi sử
dụng NO2 - và NO3- để phân hủy cBOD hòa tan (carbonaceous BOD). Sự phân hủy này
được liên kết với sự giải phóng phân tử nitơ.
-

Những ion NH4+ có thể được loại bỏ bởi hoạt động trộn hay sự hóa khí vào không

khí như NH3. Tuy nhiên lượng NH3 mất đi qua sự hóa khí là rất nhỏ, tức là ít hơn 10%.
-

Khi mà những chất thải nitơ hữu cơ không còn có sẵn nữa để giải phóng ra NH4+,

lượng NH4+ giảm. Sự giảm NH4+ xảy ra vì chúng được dùng như là nguồn dinh dưỡng nitơ
và bị oxi hóa thành NO2 - và NO3-. Nếu quá trình nitrate hóa bắt đầu một cách đúng đắn,
không có sự tích lũy của NO2 - xảy ra. Một vài ion NO3- có thể được loại bỏ đi như là
nguồn dinh dưỡng nitơ khi mà NH4+ bị cạn kiệt. Nếu quá trình phản nitrate xảy ra thì
lượng NO3 - sẽ bị giảm rất lớn, có lẽ được loại trừ.
1.4

Giới thiệu về quá trình nitrate hóa trong môi trường (Introduction to

Nitrification):
-

Quá trình nitrate hóa sinh học là sự biến đổi hay oxi hóa NH4+ thành NO2- và sau

đó thành NO3-. Trong thời gian oxi hóa NH4+ và NO2-, oxi được cộng thêm vào những ion
này bởi một nhóm sinh vật duy nhất, những vi khuẩn nitrate hóa. Quá trình nitrate hóa xảy
ra trong tự nhiên và trong hệ thống xử lý nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính). Quá trình
nitrate hóa trong đất là đặc biệt quan trọng trong tự nhiên, bởi vì nitơ được hấp thu bởi
thực vật như là nguồn dinh dưỡng dưới dạng NO3 -. Quá trình nitrate hóa trong nước có liên
quan đến xử lý nước thải, nhất là đảm bảo yêu cầu xả thải theo đúng quy chuẩn cho phép.
-

NH4+ và NH3 là những dạng của hợp chất nitơ, chúng được oxi hóa trong suốt quá

trình nitrate hóa. Số lượng của NH4+ và NH3 trong bể aerotank của hệ thống xử lý nước
thải được quyết định bởi pH và nhiệt độ trong hệ thống.

SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

14 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP – 2012
-

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

Sự oxi hóa NH4+ và NO2 - được hoàn thành thông qua sự thêm vào oxi hòa tan bên

trong những tế bào vi khuẩn. Bởi vì quá trình nitrate hóa hay sự thêm vào oxi của những
phản ứng hóa sinh xảy ra bên trong những tế bào sinh học, quá trình nitrate hóa xảy ra
thông qua những phản ứng hóa sinh.
-

Những ion NH4+ được tạo ra trong nước thải từ sự thủy phân urea và sự phân hủy

những hợp chất nitơ hữu cơ. Sự thủy phân và sự phân hủy những hợp chất nitơ hữu cơ đưa
đến kết quả là sự giải phóng ra những nhóm amino (-NH2) và sự tạo thành NH4+.
-

Mặc dù có nhiều sinh vật có khả năng oxi hóa NH4+ và NO2 -, nhưng những sinh vật

ban đầu chịu trách nhiệu chính trước nhất cho quá trình nitrate hóa trong hệ thống xử lý
nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính) đó là 2 giống vi khuẩn nitrate hóa, Nitrosomonas và
Nitrobacter. Những giống này sở hữu những enzyme và cấu trúc tế bào đặc biệt cho phép
chúng hoàn thành quá trình nitrate hóa quan trọng này.
-

Tốc độ của quá trình nitrate hóa đạt được bởi những vi khuẩn nitrate hóa thường là

1.000 – 10.000 lần lớn hơn tốc độ của quá trình nitrate hóa bằng những sinh vật khác. Bên
cạnh những vi khuẩn nitrate hóa, có 2 Protozoa chúng hiện diện với số lượng rất lớn trong
lúc quá trình nitrate hóa diễn ra nhanh nhất. Những Protozoa này là: Epistylis và
Vorticella.
-

Mặc dù hệ thống bùn hoạt tính được dùng cho quá trình nitrate hóa, nhưng hệ thống

này không phải là lý tưởng cho quá trình nitrate hóa. Vì kích thước quần thể lớn và sự tăng
trưởng nhanh chóng của các sinh vật khác trong bể aerotank so sánh với kích thước quần
thể nhỏ và sự tăng trưởng chậm của những vi khuẩn nitrate hóa, kích thước quần thể của
những vi khuẩn nitrate hóa được làm giảm đi từ từ, tạo ra khó khăn để đạt được và duy trì
quá trình nitrate hóa mong muốn. Khoảng chừng 90% đến 97% vi khuẩn trong hệ thống
bùn hoạt tính là những sinh vật dị dưỡng hóa năng hữu cơ, còn khoảng chừng 3% đến 10%
là vi khuẩn nitrate hóa.
1.5

Những vi khuẩn oxi hóa nitơ hay vi khuẩn nitrate hóa (Nitrifying Bacteria):

-

Vi khuẩn nitrate hóa sống rất đa dạng trong môi trường sống của chúng ta bao gồm:

nước ngọt, nước có thể uống được, nước thải, nước biển, nước lợ và trong đất.
-

Mặc dù một vài giống vi khuẩn nitrate hóa có khả năng sử dụng một vài hợp chất

hữu cơ để thu carbon, giống chủ yếu của những vi khuẩn nitrate hóa trong hệ thống xử lý
nước thải (Hệ thống bùn hoạt tính), Nitrosomonas và Nitrobacter, sử dụng CO2 hay
carbon vô cơ như là nguồn carbon cho sự tổng hợp nguyên liệu tế bào. Mỗi phân tử CO2
đồng hóa thành nguyên liệu tế bào bởi những vi khuẩn nitrate hóa, khoảng chừng 30 phân
tử của NH4+ hay 100 phân tử của NO2- có thể được oxi hóa.
SVTH: TRƯƠNG CAO DƯƠNG

15 
Lớp: 08DSH5 MSSV: 0851110028