Ứng dụng mô hình nitrit hóa bán phần anammox giá thể quay thổi khí gián đoạn xử lý nước thải chế biến mủ cao su sau kỵ khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---oOo---

TRƢƠNG THỊ THANH VÂN

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH NITRIT HĨA BÁN PHẦN –
ANAMMOX GIÁ THỂ QUAY THỔI KHÍ GIÁN ĐOẠN
XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU SAU KỲ KHÍ

Chun ngành: Kỹ thuật mơi trƣờng
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016


Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trƣờng đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học 1: PGS.TS Nguyễn Phƣớc Dân
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học 2: NCS Nguyễn Nhƣ Hiển
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Trần Thị Mỹ Diệu
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Nhƣ Sang
Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng đại học Bách Khoa, ĐHQGTp.HCM ngày 18 tháng 01 năm 2017.
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Nguyễn Tấn Phong – Chủ tịch hội đồng
2. PGS.TS. Trần Thị Mỹ Diệu – Phản biện 1
3. TS. Nguyễn Nhƣ Sang – Phản biện 2
4. TS. Võ Thanh Hằng – Ủy viên
5. TS. Huỳnh Khánh An – Thƣ ký

Xác định của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA
KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRƢƠNG THỊ THANH VÂN

MSHV: 7141033

Ngày, tháng, năm sinh: 05/08/1989

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng

MS: 60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể
quay thổi khí gián đoạn xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su sau kỵ khí.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Luận văn nghiên cứu ứng dụng mô hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể
quay thổi khí gián đoạn nhằm xử lý nitơ và COD trong nƣớc thải chế biến mủ cao
su sau kỵ khí đạt QCVN 01-MT:2015/BTNMT, cột A.
Nội dung nghiên cứu của luận văn này bao gồm:
- Thí nghiệm 1: Đánh giá hiệu quả xử lý nitơ, các hợp chất ô nhiễm hữu cơ, độ
kiềm và điện năng tiêu thụ của mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể quay
thổi khí gián đoạn trong xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su ở các chế độ thổi khí
khác nhau.
- Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính các vi khuẩn nititrit hóa, nitrat hóa,
anammox và khử nitrat của mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể quay
thổi khí gián đoạn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016


V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Phƣớc Dân
NCS. Nguyễn Nhƣ Hiển

Tp. HCM, ngày 08 tháng 03 năm 2017
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

Nguyễn Phƣớc Dân
TRƯỞNG KHOA

Nguyễn Nhƣ Hiển


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng, tơi đã hồn thành Luận văn Thạc
sỹ chun ngành Kỹ thuật Môi trƣờng. Đầu tiên, Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân
thành và sâu sắc của mình đến Thầy PGS.TS. Nguyễn Phƣớc Dân. Thầy ln tận
tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặc cho tôi để thực hiện
tốt đề tài này.
Tiếp đến, tôi xin gửi lời cảm ơn đến NCS. Nguyễn Nhƣ Hiển, NCS. Phan Thế
Nhật đã hỗ trợ kinh phí và những lời động viên chân thành trong quá trình nghiên
cứu khoa học.
Xin tỏ lòng cảm ơn đến tập thể Thầy Cô Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên – Đại
học Bách khoa – Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, là những ngƣời đã
nhiệt tình truyền đạt kiến thức trong thời gian tôi theo học tại trƣờng.
Xin Cảm ơn Ban Giám đốc Công ty Cổ phần Cao su Phƣớc Hòa đã giúp đỡ và
tạo điều kiện thuận lợi cho việc lấy nƣớc thải phục vụ nghiên cứu.
Xin gửi lời cảm ơn đến các Anh, Chị, các bạn lớp cao học, cùng các em sinh
viên làm việc tại phịng thí nghiệm khoa Môi trƣờng và Tài nguyên – Đại học Bách
Khoa Tp.HCM đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tơi có thể thực hiện tốt luận văn này
Cuối cùng, Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân và
những ngƣời bạn đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2016

Trƣơng Thị Thanh Vân


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Nghiên cứu này kết hợp q trình nitrit hóa bán phần và anammox sử dụng bể

phản ứng giá thể sinh học quay (Partial nitritation Anammox Rotating Biological
Contactor – PARBC) để xử lý tổng nitơ trong nƣớc thải chế biến mủ cao su đã đƣợc
xử lý bCOD ở các chế độ thổi khí gián đoạn khác nhau với giá trị DO duy trì là 0,1
– 0,2 mg/L và thời gian lƣu nƣớc là 0,6 ngày. Mục tiêu chính là xác định chế độ
thổi khí thích hợp cho mơ hình PARBC để nồng độ TN, NH4+-N trong nƣớc thải
chế biến mủ cao su đầu ra đạt đƣợc QCVN 01-MT:2015/BTNMT, cột A và tiết
kiệm chi phí. Do phụ thuộc vào mùa sản xuất cao su mà hiệu suất xử lý bCOD thay
đổi, thành phần nƣớc thải đầu vào của nghiên cứu này khơng ổn định gồm có 65 –
167 mg NH4+-N/l, 70 – 170 mg/l TN, 28 – 105 mg/l COD. Thí nghiệm đƣợc thực
hiện ở 02 chế độ thổi khí gián đoạn khác nhau là: chế độ thổi khí gián đoạn A (20
phút nghỉ - 40 phút thổi) và chế độ thổi khí gián đoạn B (30 phút nghỉ - 30 phút
thổi) thì đạt đƣợc hiệu quả xử lý tƣơng ứng khác nhau. Hiệu quả xử lý đạt cao nhất
đối với NH4+-N là 100%, TN là 99% COD là 80% ở chế độ thổi khí gián đoạn A.
Kết quả này cho thấy chế độ thổi khí gián đoạn A là phù hợp để vận hành mơ hình
PARBC xử lý nƣớc thải cao su. Đồng thời nồng độ nitrat đầu ra (2 ± 2,2 mg N/L)
luôn thấp hơn giá trị lý thuyết của phản ứng CANON, điều này chứng tỏ có đồng
tồn tại của vi khuẩn khử nitrat trong bể PARBC. Ngoài ra, năng lƣợng và độ kiềm
tiêu thụ đƣợc xác định trong nghiên cứu này lần lƣợt ở các chế độ thổi khí gián
đoạn A và B có giá trị là 2,68 kWh/kg N và 2,59 kWh/kg N đối với năng lƣợng tiêu
thụ, 1,82 ± 0,70 và 1,93 ± 0,73 g CaCO3/g N đối với độ kiềm tiêu thụ.
Hoạt tính của các vi khuẩn anammox, AOB, NOB và vi khuẩn khử nitrat của
bùn lơ lửng và bùn giá thể đƣợc xác định trong nghiên cứu này cũng cho thấy chế
độ thổi khí gián đoạn A là thích hợp hơn trong vận hành mơ hình PARBC. Hoạt
tính vi khuẩn anammox bùn lơ lửng/bùn giá thể ở chế độ thổi khí gián đoạn A và B
lần lƣợt là 0,15/0,25 gN-N2/gVSS/ngày và 0,04/0,08 gN-N2/gVSS/ngày. Hoạt tính
AOB bùn lơ lửng/bùn giá thể ở chế độ thổi khí gián đoạn A và B lần lƣợt là
0,6/0,19 gNH4+-N/gVSS/ngày và 0,15/0,05 gNH4+-N/gVSS/ngày. Hoạt tính NOB
bùn lơ lửng/bùn giá thể ở chế độ thổi khí gián đoạn A và B lần lƣợt là 0,02/0,005
gNO₃⁻-N/gVSS/ngày và 0,07/0,02 gNO₃⁻-N/gVSS/ngày. Hoạt tính vi khuẩn khử
nitrat bùn lơ lửng/bùn giá thể ở chế độ thổi khí gián đoạn A và B lần lƣợt là

0,01/0,08 gNO₃⁻-N/gVSS/ngày và 0,01/0,05 gNO₃⁻-N/gVSS/ngày.


ABSTRACT
In this study, a lab-scale Partial nitritation Anammox Rotating Biological
Contactor – PARBC was implemented in treating total nitrogen from bCODpretreated rubber processing wastewater in different intermittent aeration with DO
0,1 – 0,2 mg/L and hydraulic retention time 0,6 day. The study aims to determine a
suitable intermittent aeration for low-cost PARBC operation and the effluent TN,
NH4+-N concentration meet the QCVN 01-MT:2015/BTNMT standard, column A.
Due to seasonal rubber processing, efficiency of bCOD treatment is unstable and
influent concentration of this study is varied: 65 – 167 mg N-NH4/l, 70 – 170 mg/l
TN, 28 – 105 mg/l COD. Investigating the efficiency of 2 intermittent aeration:
Operation A (20 min non-aerobic – 40 min aerobic) and Operation B (30 min nonaerobic – 30 min aerobic), efficiency of Operation A and B were different. The
highest efficiency of NH4+-N conversion, TN removal and COD removal were
100%, 99% and 88%, respectively, was achieved at Operation A. Effluent nitrate
concentration (2 ± 2,2 mg N/L) is lower than stoichiometric of CANON process,
which described the presence of denitrification bacteria in PARBC. It is concluded
that Operation A is the most suitable for PARBC treating rubber processing
wastewater. Moreover, energy consumed in Operation A and B is 68 kWh/kg N và
2,59 kWh/kg N, respectively. Alkalinity consumed in Operation A is 1,82 ± 0,70 g
CaCO3/g N and Operation B is 1,93 ± 0,73 g CaCO3/g N.
Activity of anammox bacteria, AOB, NOB, and denitrification bacteria in
suspended sludge and biofilm was determined in this study also showed that
Operation A is more suitable for PARBC. Activity of anammox bacteria in
suspended sludge/biofilm at Operation A and B were 0,15/0,25 gN-N2/gVSS/day
and 0,04/0,08 gN-N2/gVSS/day, respectively. Activity of AOB in suspended
sludge/biofilm at Operation A and B were là 0,6/0,19 gNH4+-N/gVSS/day and
0,15/0,05 gNH4+-N/gVSS/day, respectively. Activity of NOB in suspended
sludge/biofilm at Operation A and B were là 0,02/0,005 gNO₃⁻-N/gVSS/day and
0,07/0,02 gNO₃⁻-N/gVSS/day, respectively. Activity of denitrification bacteria in

suspended sludge/biofilm at Operation A and B were là 0,01/0,08 gNO₃⁻N/gVSS/day and 00,01/0,05 gNO₃⁻-N/gVSS/day, respectively.


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập –Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: TRƢƠNG THỊ THANH VÂN

MSHV: 7141033

Ngày tháng năm sinh: 05/08/1989

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng

MS: 60520320

Tên đề tài: Ứng dụng mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể quay thổi
khí gián đoạn xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su sau kỳ khí.
Ngày bắt đầu: 11/01/2016

Ngày hoàn thành: 04/12/2016

Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phƣớc Dân
NCS. Nguyễn Nhƣ Hiển
Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của tơi. Những kết quả và số
liệu trong luận văn chƣa đƣợc ai công bố dƣới bất cứ hình thức nào. Tơi hồn tồn

chịu trách nhiệm trƣớc Nhà trƣờng về sự cam đoan này.
TP.HCM, ngày 30 tháng 12 năm 2016

Trƣơng Thị Thanh Vân


i
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 4
1.1. NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU ............................................................. 4
1.1.1. Thành phần nƣớc thải ........................................................................................ 4
1.1.2. Đặc tính ơ nhiễm của nƣớc thải ........................................................................ 6
1.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ANAMMOX .................................................. 7
1.2.1. Q trình Nitrit hóa bán phần ........................................................................... 8
1.2.2. Q trình anammox ........................................................................................... 9
1.3. KẾT HỢP Q TRÌNH NITRIT HĨA BÁN PHẦN – ANAMMOX TRONG
MỘT BỂ PHẢN ỨNG .............................................................................................. 16
1.3.1. Quá trình CANON .......................................................................................... 16
1.3.2. Quá trình SNAP .............................................................................................. 17
1.3.3. Quá trình OLAND........................................................................................... 19
1.3.4. Quá trình SNAD .............................................................................................. 21
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 28
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 28
2.2. MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM .................................................................................. 29
2.2.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát hiệu quả xử lý của mơ hình PARBC trong nƣớc thải

chế biến mủ cao su ở các chế độ thổi khí khác nhau ................................................ 29
2.2.2. Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính vi khuẩn AOB, NOB, SAA, và vi khuẩn
khử nitrat của mơ hình PARBC ................................................................................ 36
2.3. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN, XỬ LÝ SỐ LIỆU ............. 42
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích hóa học ...................................................................... 42
2.3.2. Tính tốn ......................................................................................................... 43
2.3.3. Xử lý số liệu .................................................................................................... 46
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 47


ii
3.1. ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH PARBC XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO
SU Ở CÁC CHẾ ĐỘ THỔI KHÍ GIÁN ĐOẠN KHÁC NHAU ............................. 47
3.1.1. Hiệu quả chuyển hóa các thành phần nitơ ...................................................... 47
3.1.2. Hiệu quả xử lý thành phần ô nhiễm chất hữu cơ COD ................................... 54
3.1.3. Điện năng và độ kiềm tiêu thụ ........................................................................ 57
3.1.4. Đánh giá mơ hình PARBC xử lý nƣớc thải cao su ở chế thổi khí gián đoạn
khác nhau................................................................................................................... 60
3.2. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH VI KHUẨN CỦA MƠ HÌNH PARBC................... 65
3.2.1. Hoạt tính vi khuẩn anammox SAA ................................................................. 65
3.2.2. Hoạt tính AOB, NOB ...................................................................................... 67
3.2.3. Hoạt tính vi khuẩn khử nitrat .......................................................................... 70
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 72
4.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 72
4.2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 74
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 85


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần nƣớc thải chế biến mủ cao su [4] ............................................4
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của nƣớc thải ngành chế biến mủ cao su [4] .............5
Bảng 1.3. Đặc tính ơ nhiễm của nƣớc thải ngành chế biến cao su [4] ........................6
Bảng 1.4: Tải trọng đầu vào lớn nhất trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau ....12
Bảng 1.5. So sánh quá trình loại bỏ ammonia truyền thống và mới [96], [97].........20
Bảng 1.6. Một số nghiên cứu quá trình kết hợp vi khuẩn anammox và khử nitrat
[98] ............................................................................................................................23
Bảng 2.1 Thành phần nƣớc thải chế biến mủ cao su tiền xử lý bCOD .....................33
Bảng 2.2. Đặc tính bùn lơ lửng và bùn giá thể ni cấy trong mơ hình PARBC thời
điểm bắt đầu nghiên cứu này [3] ...............................................................................33
Bảng 2.3. Điều kiện vận hành của thí nghiệm 1 .......................................................35
Bảng 2.4. Thành phần nƣớc nhân tạo trong thí nghiệm 2 .........................................38
Bảng 2.5. Điều kiện vận hành thí nghiệm 2 ..............................................................39
Bảng 2.6. Các phƣơng pháp phân tích ......................................................................42
Bảng 3.1. Mối tƣơng quan giữa các yếu tố trong mơ hình PARBC ở chế độ thổi khí
gián đoạn ...................................................................................................................60
Bảng 3.2. So sánh mơ hình PARBC chế độ thổi khí gián đoạn với các nghiên cứu
khác trên thế giới .......................................................................................................64
Bảng 3.3. Một số kết quả nghiên cứu SAA trên thế giới ..........................................66
Bảng 3.4. Một số hoạt tính AOB ở các nghiên cứu khác..........................................69
Bảng 3.5. Hoạt vi khuẩn anammox SAA, AOB, NOB, vi khuẩn khử nitrat của bùn
lơ lửng và bùn giá thể mơ hình PARBC ...................................................................71


iv
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ tóm tắt nội dung nghiên cứu của luận văn ......................................28
Hình 2.2. Mơ hình PARBC .......................................................................................30
Hình 2.3. Chi tiết bể phản ứng ..................................................................................31

Hình 2.4. Chi tiết cánh khuấy mơ hình .....................................................................32
Hình 2.5. Sơ đồ vận hành của một chu kỳ thí nghiệm với chế độ thổi khí gián đoạn
(A) 20 phút nghỉ – 40 phút thổi và (B) 30 phút nghỉ – 30 phút thổi .........................35
Hình 2.6. Mơ hình hơ hấp kế dạng mẻ ......................................................................37
Hình 2.7. Chu kỳ 1 mẻ phản ứng xác định hoạt tính vi khuẩn anammox SAA ........40
Hình 2.8. Chu kỳ 1 mẻ phản ứng xác định hoạt tính AOB và NOB .........................41
Hình 2.9. Chu kỳ 1 mẻ phản ứng xác định hoạt tính vi khuẩn khử nitrat .................41
Hình 3.1. Phần trăm các thành phần nitơ trong nƣớc thải chế biến mủ cao su đầu
vào và đầu ra ở chế độ thổi khí gián đoạn A, B ........................................................47
Hình 3.2. Nồng độ ammonia đầu vào và sự biến thiên của các thành phần nitơ đầu
ra trong mơ hình PARBC ..........................................................................................49
Hình 3.3. Hiệu suất xử lý TN và hiệu suất chuyển hóa NH4+-N trong mơ hình
PARBC ......................................................................................................................49
Hình 3.4. Tỷ lệ sinh nitrat trên tổng nitơ loại bỏ ở các chế độ thổi khí khác nhau ...52
Hình 3.5. Sự chuyển biến các thành phần nitơ trong một mẻ phản ứng ở chế độ thổi
khí gián đoạn A và chế độ thổi khí gián đoạn B .......................................................53
Hình 3.6. Nồng độ COD đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý COD ở các chế độ thổi
khí gián đoạn của mơ hình PARBC ..........................................................................55
Hình 3.7. Tốc độ tiêu thụ COD thực nghiệm và lý thuyết khử nitrat do anammox
sinh ra ở các chế độ thổi khí khác nhau của mơ hình PARBC .................................56
Hình 3.8. Độ kiềm tiêu thụ theo NH4+-N chuyển hóa và N-TN loại bỏ trong suốt
thời gian ở các chế độ thổi khí gián đoạn A và B .....................................................57
Hình 3.9. Phần trăm điện năng tiêu thụ cho các thiết bị trong mơ hình PARBC ở các
chế độ thổi khí gián đoạn khác nhau .........................................................................59
Hình 3.10. Sơ đồ cân bằng vật chất trong mơ hình PARBC .....................................63


v
Hình 3.11. Diễn biến phân tích hoạt tính vi khuẩn anammox SAA theo giờ trên bùn
lơ lửng và bùn giá thể ở các chế độ thổi khí khác nhau ............................................65

Hình 3.12. Diễn biến phân tích hoạt tính AOB, NOB theo giờ trên bùn lơ lửng và
bùn giá thể ở các chế độ thổi khí khác nhau .............................................................68
Hình 3.13. Diễn biến phân tích hoạt tính vi khuẩn khử nitrat theo giờ trên bùn lơ
lửng và bùn giá thể ở các chế độ thổi khí khác nhau ................................................70


vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AHSGMS

Automatic High Sensitivity Gas Metering Systems (Hệ thống đo độ
sinh khí tự động với độ nhạy cao)

Anammox

Anaerobic Ammonium Oxidation (Oxy hóa ammoni kỵ khí)

AOB

Ammonium Oxidation Bacteria (Vi khuẩn oxy hóa ammoni thành
Nitrit)

BOD5

Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học cho 5 ngày)

CANON

Completely Autotrophic Nitrogen Removal Over Nitrire (sự kết hợp
giữa Nitrit hóa bán phần và Anammox trong cùng một thiết bị xử lý

Nitơ)

COD

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

DO

Dissolve Oxygen (Oxy hịa tan)

F/M

Food/Microorganism (Dinh dƣỡng/thức ăn)

FA

Free Ammonium (khí NH3)

FISH

Fluorescent In Situ Hybridization

G0

Nhiệt động hóa học

HGSS

Hybrid gas solid separator (Thiết bị phân tách rắn khí kết hợp)

HRT

Hydraulic retention time (Thời gian lƣu nƣớc)

KPH

Không phát hiện

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solids (Nồng độ chất rắn lơ lửng hòa tan)

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Solid (Nồng độ chất rắn lơ lửng
bay hơi)

MSBR

Membrane Sequencing Batch Reactor (Bể phản ứng dạng mẽ kết
hợp màng)

NO₂⁻-N

Nitrit Nitrogen (Nitrit tính theo Nitơ)

NO₃⁻-N

Nitrat Nitrogen (Nitrat tính theo Nitơ)

NH4+-N

Ammonium Nitrogen (ammoni tính theo Nitơ)

NOB

Nitrit Oxidation Bacteria (Vi khuẩn oxy hóa Nitrit thành Nitrat)

NR

Enzym khử Nitrit thành sản phẩm giả thiết là hydroxylamine


vii
NRL

Nitrogen Loading Rate (tải trọng nitơ đầu vào)

NRR

Nitrogen Removal Rate (tải trọng nitơ loại bỏ)

OLAND

Oxygen - Limited Autotrophic Nitrification - Denitrification (hệ
thống Nitrit hóa, khử Nitrit tự dƣỡng trong điều kiện thiếu oxy)

PARBC

Partial nitrification - anammox use rotating biological contactor

(Nitrit hóa bán phần – Anammox sử dụng giá thể sinh học quay)

PNSBR

Partial Nitritation Sequencing batch reactor (Q trình nitrat hóa bán
phần trong bể sinh học theo mẻ)

SAA

Special Activity Anammox (Hoạt tính riêng của bùn Anammox)

SBR

Sequence Batch Reactor (Bể phản ứng dạng mẽ)

SHARON

Single reactor system for High activity Ammonium Removal Over
Nitrit (Nitrit hóa bán phần trong một bể phản ứng)

SNAD

Simultaneous partial Nitrification, Anammox and Denitrification
(Q trình kết hợp Nitrit hóa bán phần, anmmox và khử nitrat)

SNAP

Single Stage Nitrogen Removal using Anammox and Partial
Nitritation (Quá trình loại bỏ Nitơ kết hợp Nitrit hóa bán phầnanmmox trong một bể)

SRT

Sludge Retention Time (thời gian lƣu bùn)

SS

Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng)

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen (Tổng Nitơ Kjeldahl)

TN

Total Nitrogen (Tổng Nitơ)

TNRR

Total Nitrogen Removal Rate (Tốc độ lọai bỏ Nitơ tổng)

TSS

Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)


1
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một trong những quốc gia cung cấp cao su thiên nhiên lớn nhất thế
giới, đứng hàng thứ 4 về xuất khẩu cao su trên thế giới [1], sau Thái Lan, Indonesia,

Malaysia. Nƣớc thải phát sinh từ các Nhà máy chế biến mủ cao su trung bình từ 18
– 35 m3/ tấn sản phẩm [2], với hàm lƣợng ô nhiễm thành phần các chất hữu cơ và
Nitơ (chủ yếu là Ammonia) cao do một lƣợng lớn Amoni đƣợc sử dụng để chống
đông mủ trong quá trình thu hoạch mủ tƣơi từ các đồn điền. Ở Việt Nam cũng nhƣ
khu vực Đơng Nam Á nói chung, nƣớc thải từ chế biến mủ cao su chủ yếu đƣợc xử
lý bằng các hệ thống các hồ tự nhiên gồm: hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy nghi. Hệ
thống các hồ tự nhiên yêu cầu thời gian lƣu nƣớc dài, diện tích xây dựng lớn, tốn
năng lƣợng thổi khí. Ngồi ra cịn làm phát sinh khối lƣợng bùn thải lớn là nguyên
nhân gây ra các ô nhiễm thứ cấp nhƣ: khí hiệu ứng nhà kính (CH4, CO2,...) , mùi và
ơ nhiễm nƣớc ngầm.
Trƣớc tình hình trên, các nghiên cứu xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su đƣợc
công bố ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là các nghiên cứu về quá trình sinh học
kỵ khí. Một số nơi đã áp dụng kết hợp cơng nghệ xử lý kỵ khí tốc độ cao, đặc biệt là
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – Dòng chảy ngƣợc với lớp bùn kỵ khí)
với hệ thống hồ tự nhiên để nâng cao hiệu quả xử lý, tiết kiệm năng lƣợng, giảm
thiểu khối lƣợng bùn thải cũng nhƣ hạn chế khí hiệu ứng nhà kính. Việc kết hợp này
chỉ mang lại hiệu quả cao đối với ô nhiễm thành phần chất hữu cơ, ngồi ra việc xử
lý ơ nhiễm Nitơ vẫn chƣa đạt đƣợc yêu cầu mà các quy chuẩn đặt ra. Để xử lý hồn
tồn ơ nhiễm do nƣớc thải chế biến mủ cao su gây ra, các công nghệ xử lý nitơ
truyền thống (nitrat hóa – khử nitrat), cơng nghệ hóa học, hóa lý cũng đƣợc áp
dụng. Tuy nhiên chi phí xử lý cao, hiệu quả xử lý không ổn định và gây ra các ô
nhiễm thứ cấp nghiêm trọng.
Từ những năm đầu thế kỷ 21, vấn đề ô nhiễm Nitơ đã đƣợc xem nhƣ vấn đề
toàn cầu thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Năm 1995, các nhà
khoa học đã phát hiện đƣợc một phản ứng chuyển hóa nitơ mới chƣa từng biết đến


2
trƣớc đó cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm, đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí
Ammonium (Anaerobic Ammonium oxidation, viết tắt là Anammox). Trong phản

ứng này Ammonium đƣợc oxy hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí tạo thành khí
nitơ mà khơng cần cung cấp nguồn cacbon. Sự phát triển quá trình Anammox đã
mở ra hƣớng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với nƣớc thải có hàm
lƣợng nitơ cao. Trong vịng hai thập niên vừa qua đã bùng nổ các nghiên cứu về q
trình Anammox và các ứng dụng của nó đã mang đến các giá trị to lớn về kinh tế,
môi trƣờng và xã hội.
Nắm bắt tình hình đó cùng với các hạn chế còn tồn tại trong việc xử lý nƣớc thải
chế biến mủ cao su, luận văn này đã tiến hành nghiên cứu ―Ứng dụng mơ hình
nitrit hóa bán phần – anammox giá thể quay thổi khí gián đoạn xử lý nước thải
chế biến mủ cao su sau kỵ khí‖ nhằm góp phần giảm thiểu tình trạng ơ nhiễm mơi
trƣờng và phát triển bền vững ngành chế biến mủ cao su.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Luận văn nghiên cứu ứng dụng mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể
quay thổi khí gián đoạn nhằm xử lý nitơ và COD trong nƣớc thải chế biến mủ cao
su sau kỵ khí đạt QCVN 01-MT:2015/BTNMT, cột A.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của luận văn này bao gồm:
- Thí nghiệm 1: Đánh giá hiệu quả xử lý nitơ, các hợp chất ô nhiễm hữu cơ, độ
kiềm và điện năng tiêu thụ của mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể quay
thổi khí gián đoạn trong xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su ở các chế độ thổi khí
khác nhau.
- Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính các vi khuẩn nititrit hóa, nitrat hóa,
anammox và khử nitrat của mơ hình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể quay
thổi khí gián đoạn.
4. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đƣợc thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm, đặt tại phịng thí khoa
Mơi trƣờng và Tài nguyên – Đại học Bách Khoa TP.HCM và khảo sát trên đối
tƣợng nƣớc thải chế biến mủ cao su tiền xử lý bCOD của nhà máy xử lý nƣớc thải

3
chế biến mủ cao su thuộc Công ty Cổ phần Cao su Phƣớc Hòa (Ấp 1B, Chánh Phú
Hòa, Bến Cát, Bình Dƣơng), tiếp tục sử dụng mơ hình PARBC [3].
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
 Ý nghĩa khoa học
Q trình nitrit hóa bán phần – anammox giá thể sinh học quay (Partial
nitritation Anammox Rotating Biological Contactor – PARBC) chế độ thổi khí gián
đoạn xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su sẽ đóng góp cho khoa học thêm cơ sở lý
thuyết trong các nghiên cứu ứng dụng.
 Ý nghĩa thực tiễn
Mở ra hƣớng giải quyết mới cho các vấn đề cấp thiết về ô nhiễm môi trƣờng,
chủ yếu là ô nhiễm nitơ trong nƣớc thải chế biến mủ cao su mà vẫn đáp ứng đƣợc
các vấn đề về kinh tế - xã hội.
Kết quả của nghiên cứu cũng là cơ sở để triển khai ứng dụng quá trình Q trình
nitrit hóa bán phần – anammox giá thể sinh học quay (PARBC) xử lý nitơ trong
nƣớc thải chế biến mủ cao su với chi phí đầu tƣ cơ bản và vận hành cạnh tranh hơn
so với quá trình khử nitơ truyền thống (nitrat hóa-khử nitrat).


4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU
1.1.1. Thành phần nƣớc thải
Theo các kết quả nghiên cứu của Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, thành phần
(vật lý, hóa học và sinh học) của nƣớc thải chế biến mủ cao su đƣợc trình bày trong
bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần nƣớc thải chế biến mủ cao su [4]
Đặc tính của nƣớc thải mủ cao su

Thành phần

Các hạt cao su (dạng keo) lơ lững nhiều (kích thƣớc nhỏ 0,02 –
Vật lý

0,2 m)
pH thấp khoảng 3 – 4,5
Chất ô nhiễm hữu cơ cao vì hạt cao su trong serum nhiều (thành
phần gồm protein, đƣờng, phospholipid, v.v…)

Hoá học

Axit béo hữu cơ (sự phân hủy protein); Axit hữu cơ thừa sau quá
trình đơng tụ mủ (axit axetic CH3COOH)
Ơ nhiễm vơ cơ cao (sulfate SO42-, NH4+-N)
Thành phần dễ phân huỷ sinh học nhƣ đƣờng, đạm, chất béo,
phospholidpid, glycolipid…
Chủng loại vi sinh vật thƣờng gặp trong nƣớc thải mủ latex
Arthrobacter sp, Bacillus sp, Lactobacillus sp, Psuedomonas sp
và Streptococcus sp đồng thời cũng có một số chủng loại

Sinh học

Coliforms.
Loài nấm phổ biến trong nƣớc thải mủ ly tâm: Mucor racemous,
Mucor sp, và Aspergilus niger
Loài nấm phổ biến trong nƣớc thải từ quá trình cán rửa: Mucor
recemous, Mucor sp, Aspergillus niger, Aspergillus sp và
Rhizopus sp.

5
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của nƣớc thải ngành chế biến mủ cao su [4]
Chủng loại sản phẩm
Chỉ tiêu

Đơn vị

Khối từ mủ

Khối từ mủ

Cao su

tƣơi

đông

tờ

Mủ ly tâm

Nitơ hữu cơ

mg N/L

20,2

8,1

40,4

139

NH4+-N

mg N/L

75,5

40,6

110

426

NO3--N

mg N/L

Vết

Vết

Vết

Vết

NO2--N

mg N/L

KPH

KPH

KPH

KPH

PO43-

mg/L

26,6

12,3

38

48

Al

mg/L

Vết

Vết

Vết

Vết

SO42-

mg/L

22,1

10,3

24,2

35

Ca

mg/L

2,7

4,1

4,7

7,1

Cu

mg/L

Vết

Vết

Vết

Vết

Fe

mg/L

2,3

2,3

2,6

3,6

K

mg/L

42,5

48

45

61

Mg

mg/L

11,7

8,8

15,1

25,9

Mn

mg/L

Vết

Vết

Vết

Vết

Zn

mg/L

KPH

KPH

KPH

KPH

Nhìn chung, bảng 1.2 cho thấy các thành phần hóa học của nƣớc thải ngành chế
biến mủ cao su khơng có khác biệt về giá trị giữa các loại nƣớc thải từ các dây
chuyền sản xuất các loại sản phẩm khác nhau. Các loại nƣớc thải này khác nhau chủ
yếu về nồng độ các chất ô nhiễm do cơng nghệ sản xuất khác nhau.
Ngồi chất ơ nhiễm hữu cơ, nƣớc thải còn chứa N, P, Fe, Mn, Mg, Ca và K
cùng với một số khoáng vi lƣợng, trong đó đáng kể nhất là N ở dạng ammonium với
hàm lƣợng trong khoảng 40-400 mg N/L. Đây là môi trƣờng thích hợp cho sự phát
triển của vi khuẩn anammox.


6
1.1.2. Đặc tính ơ nhiễm của nƣớc thải
Đặc tính ơ nhiễm của nƣớc thải ngành chế biến cao su đƣợc trình bày trong
bảng 1.3.
Bảng 1.3. Đặc tính ơ nhiễm của nƣớc thải ngành chế biến cao su [4]
Chủng loại sản phẩm
Chỉ tiêu

Đơn vị

Mủ khối từ

Mủ khối từ

mủ tƣơi

mủ đông

Cao su tờ

Mủ ly tâm

COD

mg/L

3.540

2.720

4.350

6.212

BOD

mg/L

2.020

1.594

2.514

4.010

TKN

mg N/L

95

48

150

565

NH4+-N

mg N/L

75

40

110

426

TSS

mg /L

114

67

80

122

pH

-

5,2

5,9

5,1

4,2

Nƣớc thải chế biến mủ cao su có pH trong khoảng 4,2 - 5,2 do việc sử dụng
axit để làm đông tụ mủ cao su. Đối với cao su khối đƣợc chế biến từ nguyên liệu
đông tụ tự nhiên , giá trị pH cao hơn (khoảng pH = 5,9) và tính axit của nó chủ yếu
là do các axit béo bay hơi, kết quả của sự phân hủy sinh học các lipid và
phospholipid xảy ra trong khi tồn trữ nguyên liệu.
Hơn 90% chất rắn trong nƣớc thải chế biến mủ cao su là chất rắn bay hơi, chứng
tỏ bản chất hữu cơ của chúng. Phần lớn chất rắn này ở dạng hòa tan, còn ở dạng lơ

lửng chủ yếu chỉ có những hạt cao su cịn sót lại.
Hàm lƣợng nitơ hữu cơ thƣờng khơng cao lắm và có nguồn gốc từ các protein
trong mủ cao su, trong khi hàm lƣợng nitơ dạng ammonia là rất cao, do việc sử
dụng amôni để chống đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ
cao su.
Tóm lại nƣớc thải chế biến cao su thuộc loại có tính chất gây ơ nhiễm nặng.
Những chất gây ơ nhiễm mà nó chứa thuộc 2 loại: chất ơ nhiễm hữu cơ và chất dinh
dƣỡng (N, P).


7
1.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ANAMMOX
Xử lý nƣớc thải chế biến mủ cao su sau quá trình sinh học kỵ khí có tải trọng
nitơ cao và tỉ lệ C/N thấp bằng phƣơng pháp sinh học truyền thống (nitrat hóa - khử
nitrat) tiêu tốn nhiều chi phí vì địi hỏi một lƣợng khí oxy và cacbon bổ sung lớn.
Điều này dẫn đến các phƣơng pháp thay thế mới với tính bền vững hơn và kinh tế
hơn đã đƣợc phát triển và nghiên cứu trong hơn một thập kỷ qua. Các phƣơng pháp
này đa số dựa trên quá trình anammox.
Vào những năm cuối thế kỷ 17, Broda [5] đã chứng minh tính khả thi của con
đƣờng chuyển hóa dựa trên sự oxy hóa ammonia trong điều kiện kỵ khí/thiếu khí
bằng các phƣơng trình tính tốn về nhiệt động học. Nhƣng mãi đến năm 1995, con
đƣờng chuyển hóa này mới đƣợc phát hiện ở cơng trình xử lý nƣớc thải GistBrocades, và ở Hà Lan [6].Q trình chuyển hóa này đƣợc đặt tên là anammox.
Nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Kỹ thuật Delft sau đó đã tiến hành các mơ tả
và xác nhận ban đầu q trình anammox. Theo đó, quá trình anammox đƣợc xác
định là một quá trình sinh học, trong đó ammonia đƣợc oxy hóa trong điều kiện kỵ
khí với nitrit là yếu tố nhận electron để tạo thành nitơ phân tử với sự tham gia của vi
khuẩn Anammox tạo thành nitơ phân tử và nitrat.
Quá trình anammox cần có một q trình đứng trƣớc nhằm chuyển một nửa
ammonia trong nƣớc thải đầu vào thành nitrit. Quá trình sinh học đứng trƣớc này
đƣợc đặt tên là quá trình nitrit hóa bán phần (partial nitritation). Phân loại theo

lƣợng bể sử dụng, ứng dụng q trình nitrit hóa bán phần và anammox để loại bỏ
nitơ đƣợc chia làm 2 loại:
- Q trình nitrit hố bán phần và q trình anammox trong hai bể phản ứng
riêng biệt.
- Q trình nitrit hố bán phần và quá trình anammox trong một bể phản ứng
duy nhất.
Đồng thời để nâng cao hiệu quả loại bỏ nitơ và chất hữu cơ còn lại trong nƣớc
thải chế biến mủ cao su, cần bổ sung kết hợp quá trình khử nitrat.


8
1.2.1. Q trình Nitrit hóa bán phần
Q trình nitrit hóa bán phần là q trình oxy hóa ½ ammonia trong đầu vào
thành nitrit đã đƣợc phát triển vào năm 1990 tại Đại học kỹ thuật Delft. Q trình
nitrit hóa bán phần này bị hạn chế đến nitrit không phải là nitrat nhƣ trong các quá
trình truyền thống, tiết kiệm 25% năng lƣợng sục khí [7], giảm 30% lƣợng bùn sản
sinh và giảm trên 20% CO2 phát thải ra ngồi mơi trƣờng. Điểm cốt lõi q trình
nitrit hóa bán phần là nâng cao sự sinh trƣởng của AOB và ức chế sự sinh trƣởng
của NOB. Các chiến lƣợc kiểm soát sau đây đã ứng dụng để đạt đƣợc q trình
nitrit hóa bán phần:
1.2.1.1. Vận hành ở nhiệt độ cao và thời gian lưu bùn ngắn
Ở nhiệt độ phòng, tốc độ phản ứng của NOB cao hơn AOB, nhƣng điều này
thay đổi ở nhiệt độ lớn hơn 250C [8]. Ở nhiệt độ 350C, tốc độ phản ứng của AOB
lớn gấp đôi tốc độ phản ứng của NOB. Bên cạnh đó, khi bể phản ứng vận hành có
thời gian lƣu bùn ngắn hơn thời gian lƣu bùn nhỏ nhất cần cho sự hình thành của
NOB nhƣng vẫn đủ cho AOB, có thể làm rửa trơi hồn tồn NOB ra khỏi bể phản
ứng. SRT thƣờng đƣợc duy trì 1 – 1,5 ngày [8]. Đây là cơ sở lý thuyết của quá trình
SHARON.
1.2.1.2. Ức chế hoạt tính của NOB bằng FA và FNA
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các dạng không ion của ammoniavà nitrit là FA

và FNA, có thể ức chế hoạt tính AOB và NOB [9] [10] [11]. Tuy nhiên, vi khuẩn
NOB nhạy cảm hơn AOB khi tăng nồng độ các hợp chất này và các bể phản ứng
vận hành ở nồng độ ammonium cao có thể ức chế hoạt tính NOB. Sự ức chế này có
thể nâng cao sự tích lũy nitrit đồng thời tăng cƣờng sự ức chế lên vi khuẩn NOB.
Chiến lƣợc này đã đƣợc ứng dụng thành công trong nghiên cứu của Lai và cộng sự,
2004, [12] đối với bể phản ứng theo mẻ. Yamamoto và cộng sự, 2008, [13] cũng
dựa trên sự ức chế của FA và FNA để ức chế NOB trong bể phản ứng có giá thể xử
lý nƣớc thải chăn nuôi heo.
1.2.1.3. Nồng độ oxy hòa tan (DO) thấp
AOB và NOB cần oxy để thực hiện quá trình trao đổi chất. Trong những năm
gần đây, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng NOB có ái lực đối với cơ chất này thấp hơn


9
AOB [14] [15]. Ở DO 0,1 – 1 mg/L, hoạt tính NOB giảm mạnh. Vì thế, sự làm giàu
AOB có thể đạt sự tích lũy nitrit hồn tồn. Áp dụng cơ chế này để ức chế NOB đã
đƣợc thực hiện trong các nghiên cứu Garrido và cộng sự (1997) [16], Wyffels và
cộng sự (2003) [17], Aslan và cộng sự (2009) [18], v.v…
1.2.1.4. Kiểm sốt thời gian sục khí
Phản ứng nitrat hóa chia làm hai bƣớc. Bƣớc một oxy hóa ammonia thành nitrit
và bƣớc thứ hai là chuyển nitrit thành nitrat. Sự kết thúc pha hiếu khí trƣớc hoặc ở
thời điểm đã oxy hồn tồn ammonia thành nitrit có thể dẫn đến sự tích lũy nitrit
[19], điều này có thể đƣợc xác định bằng đƣờng cong của ammonia ở các giá trị pH
và điểm gẫy trong biểu đồ DO [20]. Những nghiên cứu thực hiện chiến lƣợc này là
Fux và cộng sự (2006) [21], Yang và cộng sự (2007) [20], Zeng và cộng sự (2008)
[22], v.v…
1.2.1.5. Hydroxylamine ức chế NOB
Trong quá trình nitrit hóa, ban đầu ammonia bị oxy hóa thành hydroxylamine
bởi enzym ammonia monooxygenase (AMO) và sau đó hydroxylamine chuyển
thành nitrit nhờ vào enzym hydroxylamine oxidoreductase (HAO). Trong quá trình

nitrat hóa, hydroxylamine đƣợc xem là chất ức chế đối với sự sinh trƣởng của NOB,
nhƣng không ảnh hƣởng đến AOB [23]. Vì thế, hydroxylamine có thể đƣợc xem là
chất ức chế tối ƣu đối với NOB trong quá trình nitrit hóa. Những nghiên cứu thực
hiện chiến lƣợc này là van der Star W.R.L. và cộng sự (2008) [24], Guangjing Xu
và cộng sự (2012) [25], v.v…
1.2.2. Quá trình anammox
Phản ứng anammox đã đƣợc dự báo từ trƣớc khi phát hiện ra nó. Trên cơ sở
tính tốn nhiệt động học [5], [26], đã dự báo về sự tồn tại của các vi khuẩn tự dƣỡng
có khả năng oxy hóa ammonium bởi nitrat, nitrit:
NH4+ + NO2-→ N2 + NO3- + 2H2O

∆G0 = - 357kj/mol

(1.1)

5NH4+ + 3NO3- → 4N2 + 2H2O + 2H+

∆G0 = - 297kj/mol

(1.2)

5NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + 2H2O

∆G0 = - 297kj/mol

(1.3)

Mãi 17 năm sau minh chứng đầu tiên về phản ứng Anammox mới đƣợc phát
hiện ở một bể lắng sau bể khử nitrat trong hệ thống xử lý và bể phân hủy bùn tại

10
Gist-brocades (Delft, Hà Lan) [6]. Qua theo dõi sự cân bằng nitơ, các tác giả đã
phát hiện thấy sự giảm đồng thời nồng độ Ammonium và nồng độ nitrat, nitrit cùng
sự tạo thành nitơ phân tử ở điều kiện kỵ khí [27], [28], [29].
Nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Kỹ thuật Delft sau đó đã tiến hành các
mơ tả và xác nhận ban đầu quá trình Anammox [30], [31], [32]. Theo đó, q trình
Anammox đƣợc xác định là một q trình sinh học, trong đó ammonium đƣợc oxy
hóa trong điều kiện kỵ khí với nitrit là yếu tố nhận điện tử để tạo thành nitơ phân tử
với sự tham gia của vi khuẩn anammox.
Tiếp theo đó, phản ứng anammox cũng đã lần lƣợt đƣợc phát hiện và nhận dạng
vi khuẩn Anammox tại các hệ thống xử lý nƣớc thải bởi các nhà khoa học Đức [33],
Nhật Bản [34], Thụy Sĩ [35] và Bỉ [36].
Từ sự phát hiện trên (trong nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải có nồng độ
ammonium cao) các nhà khoa học đi đến việc tìm kiếm các vi khuẩn tham gia quá
trình anammox trong các hệ sinh thái tự nhiên. Thực vậy, đã chứng minh đƣợc rằng
phản ứng anammox giữ 50% vai trị tạo khí nitơ trong trầm tích biển [37] tại vùng
nƣớc thiếu khí dƣới đáy đại dƣơng ở Costa Rica. Các vi khuẩn anammox thuộc một
chi mới cũng phát hiện đƣợc trong vùng nƣớc gần đáy biển đen [38].
Tuy nhiên, quá trình này cũng có một số nhƣợc điểm. Vi khuẩn anammox có
tốc độ sinh trƣởng chậm (thời gian nhân đôi khoảng 11 ngày) [31], phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ và pH. Hơn nữa, sự sinh trƣởng của nhóm vi khuẩn này cịn bị ảnh
hƣởng bởi nhiều yếu tố khác. Hoạt tính của vi khuẩn anammox bị ức chế bởi oxy
[28] [33] và nitrit [32] và sự hiện diện của thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy sinh
học tạo điều kiện sự phát triển của nhóm vi khuẩn dị dƣỡng có thể cạnh tranh với vi
khuẩn Anammox về cơ chất [39].
Hiệu suất xử lý nitơ của q trình anammox có thể đƣợc cải thiện bằng cách
giảm các tác nhân ức chế lên quá trình anammox. Những phƣơng pháp để giảm
thiểu ức chế bao gồm: (1) Cô lập chất ức chế và vi khuẩn Anammox (tiền xử lý), (2)
kiểm sốt các thơng số vận hành, và (3) kiểm soát bùn.

1.2.2.1. iểm oát các th ng


m o t pH

vận h nh