Luận Án tiến sĩ nghiên cứu mối quan hệ giữa nước thải có muối và hệ vi khuẩn nitrat hóa so sánh với kết quả chạy bằng nước thải thực tế trên mô hình thử nghiệm

Cụ thê, ở Việt Nam, nước thải của các trang trại nuôi tôm đã vả đang gây lên những tác động, xphiêm trọng tới môi trường sanh thái và sức khỏe cộng dông [5, 73, 74, 112] Nghiên cứu của

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAL HQC BACH KHOA HA NOL

Nguyén Viét Hoang

NGHIÊN CỨU MỖI QUAN HỆ GIỮA NƯỚC THÁI CÓ MUÓI

VÀ HỆ VI KHUẨN NITRAT HÓA, SO SÁNH VOT KET QUA CHAY BAN

NƯỚC THÁI THỰC TẾ TRÊN MÔ HÌNH THỨ NGHIỆM

LUẬN ÁN TIỀN SĨ KỸ THUẬT MỖI TRƯỜNG

Tả Nội - Năm 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAT HOC BACH KHOA HA NOT

Nguyễn Viết Hoàng

NGIIIÊN CỨU MỖI QUAN IIỆ GIỮA NƯỚC THẢI CÓ MUỚI

VA HE VI KHUAN NITRAT HOA, SO SANH VOI KET QUA CHAY BẰNG

NƯỚC THÁI THỰC TẾ TRÊN MÔ HÌNH THỨ NGHIỆM

Chuyên ngảnh: Công nghệ môi trường nước vả nước thải

Mã số chuyên ngành: 62.85.0601

LUẬN ÁN TIẾN SÏ KỸ THUẬT MỖI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS NGUYEN HỎNG KHÁNH

2 PGS.TS NGO TID NGA

Hà Nội - Năm 2012

LOI CAM ON

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tập thể giáo viên hướng dẫn, PGS.TS

Nguyễn Hồng Khánh, Viện Công nghệ mỗi trưởng, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

và PGS.TS Ngô Thị Nga, Viện Khoa học và công nghệ môi trưởng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp tôi định hướng trong nghiên cứu khoa học, trợ giúp về cơ sở vật chất phòng thi nghiêm, trợ giúp tải chính phục vụ nghiên cứu trong suốt thời gian thực

hiện luận án

Tâi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thế cán bộ nghiên cứu thuộc phòng Giải pháp công nghệ cái thiện mỗi trường, Viện Công nghệ môi trưởng, Viện Khoa hac và Công nghệ Việt Nam Đầy không chỉ là nơi đào lạo giúp tôi trưởng thành hơn trong hoạt động nghiên cứu khoa học mà còn là nơi để tôi chia sẽ những khúc mắc gặp phải trong quả trình thực hiên luận án Lãnh đạo phòng cũng đã tạo điều kiện cho tôi

được tiếp cận tới những khu kiến thức mới thông qua các khóa đào tao, trao đối khoa học

và hợp tác nghiên cứu với các đơn vị nghiên cửu có danh tiếng trong và ngoài nước nhờ

đó góp phần bổ trợ những kiến thức còn thiếu cho quá trình thực hiện nội dung nghiên cửu cúa luận an,

Tai xin gif Idi cảm ơn tới tổ chức KOICA, Hàn Quốc, PGS.TS Nguyễn Hằng Khánh,

chủ nhiệm dự án KOICA, và Viên Công nghệ Mỗi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hỗ trợ kinh phí và thiết bị thi nghiệm cho các nội dung nghiên cứu thực nghiêm của luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Đào Ngọc Ánh và các cán bộ nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học môi trường, Viện Công nghệ sinh học, Viên Khoa

học và Công nghệ Việt Nam đã hết lòng giúp đỡ để thực hiện các công việc nhằm đánh

giá sự thay đổi về tính đa dạng của tập đoàn vi sinh vật khi đưa vào môi trường nước có

độ mặn cao

Téi xin chân thành gửi lài cảm ơn tới các thầy cỗ của Viện Khoa học và công nghệ

môi trường Trường Đại học Bách Khoa Hà Nồi Những kiến thức mà tôi được tiếp thu, tích

lũy trong suốt thời gian hoc tap tai đây từ khi là một sinh viên đại hòc là nền tảng không

thể thiếu đế tôi cỏ thể có đủ khả năng tiếp thu, trau dồi kiến thức mới phục vụ cho các

nghiên cứu trong luân án

Tôi xin chân thành cám ơn Hội đồng chấm luận án Tiến sĩ cấp cơ sở và cấp trường

đã đưa ra những góp ý xác đáng để tôi có thể chỉnh sửa luận án hoàn chỉnh hơn

Để hoàn thành tuận án này không thế không nhắc tới sự hỗ trợ và khuyến khích về tinh thần của những người thân trong gia đỉnh và bạn bè!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây lả công trình nghiền cứu của

tôi Các số liệu, kết quả nên trong luận an là trung thực và chưa sử dụng đề báo vệ một học vị nào, chưa được ai công bể trong bất kỳ một cổng trình nghiên

cửu nào

Tác giá luận ản

L2.3 Cơ chế ánh hướng của muối tới quả trình sinh học - u

1.2.4 Quan xd wi sinh vật nitrat hóa - 12

1.3, Khả năng thích nghỉ của vi khuẩn nitrat hóa với môi trường có nỗng độ

muỗi cau

1.4 Ảnh hưởng của muỗi tới quả trình nitrat hóa

1.4.1 Ảnh hướng của muôi tới giai đoạn oxy hóa amoni

1.4.2 Ảnh hướng của rnuôi tới giai đoạn oxy hóa nữtrit

1.4.3 Ảnh hưởng của munôi tới khả năng lắng của bùn

1.7 Những nghiên cứu khác liên quan tới nội dung của luận án

1.7.1 Nghiên cứu sử dựng chứng vi khuẩn ưa rmãn để nâng cao hiệu quả xử lý ở điều

1.7.3 Công nghệ xử lý nước (hãi có ruuổi - - 25

1.8 Những vẫn để côn tổn tại và nội dung nghiên cứu của luận á

1.8.1 Những vẫn để còn lỗn tại

1.8.2 Văn để tập trung nghiền cử cửa luận ám

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đỗi tượng và nội đưng nghiên cau

2.1.1 Đổi tượng nghiên cứu

nong d6 muéi 30 g NaCUL

2.3.1 Mục đích và sơ đỏ nghiên cửu

2.3.2 Vật liệu thí nghiệm

2.3.3 Phương pháp thi nghiém

2.4 Dộng học ức chế củn muối tới quá trình nitrat hóa hai giai đoạn

2.4.1 Mục đích và sơ đô nghiên cu

2.4.2 Lua chọn dạng của phương trình động họo và phương pháp tính hằng

của rmuối tới hai giai đoạn của quá trình nitrat hoa

2.8 Mô hình hóa và mô phông thử nghiệm quá trình nitrat hóa bai giai đoạn

2.5.1 Mục đích và sơ đồ nghiên cứu - 48 2.5.2 Mô hình mô phỏng quá tình mitral hoa trong môi trường nước thải có nông độ

2.5.5 Phương pháp xác định hàm lượng vỉ sinh tự dưỡng THỂ eo 5

2.6 Danh giá khá năng áp dụng của phương pháp thích nghỉ trên nước thải

của đầm nuôi tôm thịt tại Hải Phòng

2.6.1 Mục đích nghiên cứn

2.6.2 Vật liệu thi nghiệm

2.7 Phương phán phân tích

Chương 3 KÉT QUÁ VÀ BẠN LUẬN

3.1 Khảo sát tính thích nghỉ của ví khuẩn nitrat hỏa

3.1.1 Ảnh hưởng tức thời của độ muôi tới giai đoạn oxy hóa gom

3.2.3 So sánh ảnh hưởng của cách thức nâng nồng độ muỗi tới sự thích nghỉ của vỉ

3.4 Dộng học ức chế cửa muối tới quá trình nitrat hóa hai giai đoạn

3.4.1 Tỷ lệ và khối lượng của hai nhóm ví khuẩn oxy hóa nittit va amtonl

3.4.2 Xác dịnh hằng số ảnh hưởng cúa muỗi tới giai đoạn oxy hỏa amoni và giai

đoạn oxy hóa nữtit,

3.5 Mô phỏng thử nghiệm quả trình nitrat hóa ở độ muối 30 g NaCUL .89

3.52 Chay thủ mô bình với các thông số đầu vị

3.5.3 Thông số đầu vào và các thông số đông học của mô hình 03

3.5.4 Kết quả mô phỏng và bàn luận - 94

3.6 Dánh giá khả năng áp dựng quy trình thích nghỉ trên nước thải của đầm

3.6.2 Hiển thiên NLE” „ NÓ: và NOs” theo thời gian thích nghỉ 100 3.6.3 Quan sắt hình thái vi sinh vật trên kính hiển vĩ điện tử quét - 101

CAC CONG TRINH CONG BO LIEN QUAN TỚI LUẬN ÁN

TAI LIEU THAM KHẢO

PHU LUC

DANH MỤC HÌNH

Tinh 2.1 Sơ để nghiên cứu sự thích nghỉ của vi khuẩn nitrat nước ngọt với mỗi

Tình 2.2 Mỏ hình hệ thiết bị thí nghiệm dạng mề —

Hinh 2.3 Biên đếi nẵng độ muối ả các bình phan ứng theo thời gian 34

Tình 3.4 Mô là sự thay đổi nông độ NHạ”, NÓz theo thời gian trên thiết bị dạng ruế

Linh 2.5 Sơ đỏ nghiên cửu đa dạng vị sinh vật ở méi trường nước ngợt và môi

Hinh 3.6 Quy trình kỹ thuật DGGE dánh giá da dạng vi sinh vật 39

Tinh 2.7 Sơ đề nghiên cứu động học ức chế của muối tới quá trình nitrat hỏa hai

giai dOẠn « TH KH HH HH HH me ng re 40

Hình 2.8 Hình ảnh vật liệu mang Bio-POP chụp bằng kinh hiển vi điện tử quét 444

Tỉnh 2.9 Mô hình thiết bị hô hap kế - - - 45

Tình 3.10 Cách thức xác định OUR cia qua trink niưạt hóa 2 giai đoạn 46

Linh 2.11 Sơ để nghiên cứu mô hình hỏa và mô phỏng thử nghiệm qua trinh nitrat

hóa hai giai đoạn trong mỗi trường có nỗng độ muối cao AT

Hinh 2.12 M6 Linh thiết bị thí nghiệm liên Lục (AS-Tesler) 3

Tinh 3.1 Mắt quan hệ giữa & và nồng độ muỗi () co cccccocernceesce 57 Hinh 3.2 Khả năng thích nghỉ của vi sinh vật tại các độ muối khác nhau 38

Tình 3.3 Biến thiên nẵng 6 NH," trong wd thi nghiệm (Ƒ 30g NaŒU1.) s9

Hình 3.4 Biển thiên nông độ XH¿” và NÓ; trong các môi trường có độ muối khác

nhau (HÁT và NÓ2-T: nông độ NHẬT và NÓ; tại nồng độ muốỗi 7} 60

Hinh 3.5 Biển dộng của giá trị k với mức nâng dệ muỗi 5 ø NaCL 2 1linh 3.6 Biển động của giá trị È với uức năng độ muỗi 10 g NaCl/L 62 Hinh 3.7 Biến động của giá trị kvới mức nâng độ muối 20 g NaC1⁄L 62 Hình 3.8 Biển dỗi của 4/2„o; và 4NỚ2 theo thời gian thích nghứ (bình B) 65

Tình 3.9 Biến dỗi oda 4P yo; va 4NO? theo thoi gian thích nghĩ (bình C) 65

1linh 3.10 Hiển đổi của 42c; và 4AO2 theo thời gian thích nghị (Bình 1)) 65

Tình 3.11 Biển đổi của MI.SS tại các độ muối khác nhau 67

Hình 3.12 Tý sé MLVSS/MLSS tai cae dé mudi khac nhau Ổ7

Tlinh 3.13 55 của nước sau khi lắng tại các độ muối khác nhau 68

Hình 3.15 Biến đổi của APwo; và ANO2 theo thời gian thích nghĩ

Tĩinh 3.16 Hảm lượng MLSS của các thiết bị phản ứng, 72

Tình 3.17 Kết quả phân tích 5S cửa nước sau khi lẳng 73

Linh 3.18 Uinh ảnh vị sinh vật của (a) mau vi sinh nước ngọt và (b) mẫu vi sinh

nước mặn đưới kính hiển vi điện tử quét - 78

Hinh 3.19 Dién di dé DGGE của mẫu vĩ sinh val barn dink trén gia thể marys

polyurethane ở môi trường nước ngọt (M2) và mẫu vi sinh vat bam dinh trén gia thé mang ở môi trường có nông 46 mudi 30 g NaCV/L (M1) 81

Tình 3.20 Mỗi quan hệ giữa OUR‘, va dd muối (7) - 87

Hình 3.21 Méi quan hệ giữa 7⁄QURƒ„ với độ muỗi (ƒ} ccccccccccereee

Hinh 3.22 Nang dé NH", NO, và NÓ; đâu vào và đầu ra thiết bị xử lý theo các

thời gian lưu thủy lực khác nhau (1) dẫu vào (2) đầu ra —~

1linh 3.23 Kết quả mô phỏng thứ nghiệm với bộ số liệu giá định 91 Tình 3.34 Ảnh hưởng của hàm lượng vị sinh đầu ra tới kết quả mö hình 93

Hình 3.25 Kết quá mỗ phỏng hàm lượng NH¿” (trường hợp 1) 95 Tĩinh 3.26 Kết quả mô phỏng hàm lượng NO; (trường hợp l) 96

Hinh 3.3? Kết quả mô phông hâm lượng NHụ' (trường hợp 2) 96

Hinh 3.28 Kết quá mô phỏng hẻm lượng NÓ; (trường hợp 2)

Tĩnh 3.29 Kết quả mô phỏng hảm lượng NHỊ” (trường hợp 3) 97 Hinh 3.30 Kết quả mô phông hàm luợng NÓ; (rường hợp 3) 98

1linh 3.31 Biến đổi của tải lượng oxy hỏa nitơ theo thời gian vận hành

Hình 3.32 Biến thién NH,", NO , NO; theo thời gian vận banh (v) đâu vào, (r) đầu

DANH MỤC BẰNG

3

Bang 1.1 Đặc tính ö nhiễm của một số loại nước thải chứa muối

Bảng 1.3 Tóm tắt một số công bổ điển hình về ãnh hưởng của muỗi tới quá trình

autrat hóa của các tác giả trên thế giới HH HH rieree — 15 Bang 1.4 Tém tat cdc céng trình nghiên cứu về động học ứe chế của muối tới quá

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của hệ thống xử lý nước thải của Công ty Suhyup 25

Bang 2.1 Thông số kỹ thuật của vật liệu mang l3io-POP TH re 43 Bang 2.2 Đặc tính ô nhiễm ruước thâi nuôi Lôm chân trắng, 54 Bang 3.1 Thời gian thích nghĩ của vị khuẩn oxy hỏa amoni (ngây) - 63 Bang 3.2 Giá trị trung bình của & khi ví sinh vật hoạt động én định 63

Bảng 3.3 Thời gian thích nghĩ của nhóm vị khuẩn oxy hóa rút (ngấy) 64 Bằng 3.4 Giá trị trung bình của & khi hệ vị sinh đi vào hoạt động ổn định 70

Bang 3.5 So sánh ảnh hưởng của cách thức nâng độ muối tới sự thích nghỉ của v

Bang 3.6 Mỗi quan hệ giữa các dòng tách từ gel DGGIi và các đại diện gắn gũi 82 Bang 3.7 Mật độ vị khuẩn oxy héa ameni và vi khuẩn oxy hóa ritrit 84 Bang 3.8 COD của sinh khói và lốc độ tiêu Hụ oxy của quá trình oxy hóa amơni và quá trình oxy hóa nitrit ở các nông độ muối khác nhau TH nen 85 Bang 3.9 Các thông số động học của quá trình nitrat hóa hai giai đoạn ở điều kiện

Bang 3.10 Két qua tinh todn ham lượng sinh khéi theo OUR Tre 93

hóa nitrit (1/ngáy)

Tếc độ phân hủy nội sinh tại điều kiện hiểu khí đối với vì khuẩn oxy

hóa amoni (1/ngay)

‘Nhu cầu oxy hóa sinh học ứng Oz/L)

Nhu cau oxy hóa hỏa bọc (ng 0,/1.)

Cục báo vệ môi trường Mỹ

Tỷ số thức ăn/sinh khếi (Food/Microogranism)

(kgBOD/kgMT,SS/ngay) Thời gian lưu thủy lục - Llydraulic Retention ‘ime

Hệ thông xử lý mide thai

Nang d6 mudi (g NaCl.)

Tỷ số giữa tóc độ oxy hỏa amoni ở mỗi trường có muối vả không có

mudi

Hằng số bán hòa đối với cơ chất là độ kiềm (mng/T.) Hằng số ức chế của muỗi toi qua tinh oxy héa nitrit (g NaCV/L) Hằng số ức chế của amơni tới quá trình oxy hóa nitrit (mg N/T.) Hằng số ức chế của muỗi tới quá trinh oxy hỏa amoni ( g NaŒ1⁄L) Liằng số bão hòa đổi với cơ chất 14 nitrit di voi vi khuẩn oxy héa nitrit

(mg NIL)

Hằng số băo hòa đổi với cơ chất là amoni đôi với vi khuẩn oxy hỏa

amoni (mg N/L)

Hăm lượng sinh khối bay hơi (mg/L)

Nông độ amoni trong nước thăi dau vào ứng M/L)

Amoni (ng N/L) Nutrit Gng NA.)

Néng dé nitrit eye đại trong môi trường có độ muỗi ~- 0 g NaCVL, bình

so sánh (mg N/L)

Nẵng độ niữït cục đại trong môi trường có độ muỗi Fg NaCl (mg

NL)

Néng 48 NO, trong thiét bi phan ứng được vận hành với độ muấi 0 ở

thời điểm NHẠ” «lang NI, (ứng NA.)

Nông độ NO; trong thiết bị phản ứng được vận hành với độ muôi 7 ở thai diém NH," <1mg N/L (mg N/L)

Néng d6 nitrit trong nude thải dâu vào (ng NI.) Nitvat (mg, N/L)

Số lượng vật liệu mang trơng thiết bị phần ứng (chiếc)

Số lượng vật liệu mang dưa vào thiết bị hồ hắp kế (chiếc) Luu lượng đầu vào (L/h)

Tốc độ tăng trưởng dực đại của vi sinh vật (mg> CODAngảy)

‘Téc dé ting trưởng sinh khỏi của vi khuẩn oxy hóa nitït (mg,

COD/ngày)

Tỷ lệ giữa tốc độ tăng trưởng sinh khải của vi khuẩn oxy hóa nitrit ở diều kiện có muối và không có muối

Tắc độ tăng trưởng sinh khối của vi sinh vật oxy hóa nitrit ở môi

trường có nổng độ mudi 7 (ng CODngay) 'Tc độ tăng trưởng sinh khối của vi khuẩn oxy hóa amoni (mg

COD/ngày)

Tỷ lệ giữa tốc độ tầng trưởng sinh khối của vị khuẩn oxy hóa amori ở

trường 66 ndng độ muối 7 (mg COTD4ngay)

Tỷ lệ giữa tốc dộ tiêu thụ oxy của vị khuẩn oxy hỏa nitrit gitra điều kiện cá muối và không có muối

Tỷ lệ tắc độ hêu thự oxy của vĩ khuẩn oxy hóa amemi giữa điều kiện có muổi và không cỏ muối

Nang độ của cơ chat (mg /L)

Chat ran lơ lắng ứng/L) 'Tổng rắn hòa tan (mg/L)

Téng nito Kjeldahl (mg N/L)

Téng nila (ng ÂN.) Téng photpho

Thả tích thiết bị phân ứng (L) Thể tích phần ứng của thiết bị phân ứng (T.) Thể tích phán ứng của thiết bị hỏ hấp kế (L)

Vi sinh vật Néng dé vi sinh oxy hóa mitrit tại thời điểm t-0 Gng COD/L) Néng dé vi sinh oxy héa nitrit dura (mg COD/L)

Nẵng độ vì gình oxy hóa amo lại thei didm | 0 (ng CODA.)

Néng d6 vi sinh oxy héa amoni dau ra (mg COD/L) ham lượng sinh khối tính toán từ 27t (mg CƠD/L) Năng suất sinh khối của vi khuẩn oxy hda nitrit (g COD/g N) Năng suất sinh khối của vĩ khuẩn oxy héa amoni (g COD/g N)

Tiện số của NO; cỏn lại sau phan ứng giữa mỗi trường cá muối và môi

trường không có muối (my NT.)

liệu số của NÓ; „„„ ở môi trường có muối và mỗi trường không có

muối (ứng N/L)

LOI M6 DAU

1 - Dit van dé

Nitrat hoa va kiny nitrat héa fa phuong pháp phổ biên dễ xứ lý các hợp chất

của nitơ trong nước thải Tuy nhiên, nitrat hóa là giai đoạn chậm nhật của quá trình

xử lý miơ và cũng là giai đoạn khỏ thiết kế, kiểm soái nhất trong quy tình công nghệ xử lý nước thải bởi vi sinh vat nitrat hoa cé téc độ tăng trưởng chậm vả rất nhạy cẩm với các yếu tố môi trường (pH, DO, nhiệt độ và các chất ức chế v.v.) [34,

40, 83, 98] Hiện nay, nhiễu ngành sản xuất đang phải đối mặt với nguy cơ 6 nhiễm

do sự tên tại của các hợp chất nitơ trong nước thái có nông độ muối cao Cụ thê, ở

Việt Nam, nước thải của các trang trại nuôi tôm đã vả đang gây lên những tác động, xphiêm trọng tới môi trường sanh thái và sức khỏe cộng dông [5, 73, 74, 112]

Nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước đã cho thấy muối ảnh hưởng

tới quá trình nitrat hóa (câ giai đoạn cxy hóa amoni và giai đoạn oxy hóa nitrit) Tuy

nhiên, kết quả của những nghiên cửu đã được công bố lại khỏ có thể áp đụng trực

tiếp vào điều kiện ở Việt Nam bởi một số lý đo sau

1) Do sự khác nhau về quân xã vị sinh vật và điện kiện lá nghiệm nên các kết

quả nghiên cứu vẫn còn một số điểm chưa tương đồng về mức dé anh hưởng,

của muối tới giai đoạn oxy hóa amoni, giai đoạn oxy hóa nirit và khả năng,

lắng của bùn

2) Chưa có nghiên cứu hoàn chính nhằm sơ sánh sự thích nghị của quan xd vi

khuẩn nirat hóa theo những cách thức nâng nễng độ muối khác nhau

3) Môhinh dộng học ức chế của mmỗi lới quá trình rlval hóa hai giai đoạn, một

trong những công cụ quan trọng, giúp cho việc thiết kế và vận hành hệ thống

ba

cơ sở khoa hoc và phương pháp nghiên cửu giúp cho việc thiết kế và vận hành hệ thống xứ lý nước thái có độ mặn cao

2 Mac tiêu nghiên cứu

+ Nghiên cửu khá năng thích nghĩ của vi sinh vật nitrat hỏa của hệ thống xử lý

46 mudi cao

nước thải sinh hoạt với môi trường nước thải có nông

s4 Xác dinh dinh lượng mức độ ức chế của mudi (chủ yêu là NaC]) tới quá trình

nitrat hoa bai giai đoạn

+» Dánh giá khá năng áp dụng của quy trình thích nghỉ với nước thải của đảm

Tiuổi tôm nước lợ

3 Phạm vỉ nghiên cứu của luận án

Quá trình nitrat hóa chịn ảnh hưởng bởi nhiều yếu tả khác nhan từ yếu tố môi

trường tới tính chất của quần xã vi sinh vật sử dụng Tổ hợp của các

thưởng nêu trên đưa ra một bài toán lớn và phức tạp Do đỏ, phạm vi nghiên cứu của Tuận án được giới hạn như sau

1) Nghiên cửu riêng ảnh hưởng của muối (chủ yếu là mudi NaCl) toi quá trình nitat hỏa, Mông độ muối lớn nhất trong các nghiên cứu là 30 g NaCL

2) Vị khuẩn nưat hóa sử đụng trong nghiên cứu là vì khuẩn mătrat hỏa của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục tiên riêu trên, luận án đã thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

+’ So sánh ảnh hưởng của các phương pháp nâng độ muối khác nhau tới sự

thích nghỉ của vi khuẩn niưat hóa Từ đó, lựa chọn ra được phương pháp

nâng độ muối phủ hợp vả thời gian cân thiết để vị khuẩn nitrai hòa hoạt động,

én định trong môi trường mới

+ Đánh giá da dang của quần xã vì khuẩn ritraL hóa khi thay đổi độ muối của

môi trường bằng kỹ thuật điện di gel voi dai nông độ chất biển tính (DGG12)

và quan sát hình thái của vi sinh vật trên kinh hiến vi điện tử quét (SEM)

s*— Nghiên cứu về mô hình động học ức chế của Tuổi Tới quá trình nifrat hỏa hai

giai doan Từ đó, có thể tỉnh toản dược cụ thẻ mức dộ ảnh hưởng của muỗi

tới từng giai đoạn của qua trinh mirat hóa

‘M6 phông thứ nghiệm quá trình riưat hóa hai giai đoạn ở môi trường có độ muối cao

Áp dụng thử nghiệm quy trình thích nghỉ để xuất với đối tượng nước thải lầy

từ đầm nuôi lôm nước lợ tại Hải Phòng,

Tông gắn mới của luận án

Tâ nghiên cứu được sự thích nghỉ của vi khuẩn nitrat hỏa với môi trường có

nông độ mudi cao theo cách thức nâng đân nồng độ muối và nâng trực tiếp nông độ muối

XXáo định đa đạng vi sinh vật ỏ môi trường nước ngọt và môi trường nước có

néng dé mudi 30 ¢ NaC

Luận an đã dua ra được mô hình động học mô tã sự ức chế của muối tới quá

trình nivat hỏa hai giai đoạn và đã mô phông thử nghiệm quá trình ở thiết bị quy mô phòng thí nghiệm

Luận án đã đưa ra được quy trinh thí nghiệm để tính toán hảm lượng sinh

khốt của bai nhóm vị khuẩn oxy hỏa amoni và vì khuẩn oxy hóa nhi dựa

trên việc cải tiên phương pháp của các tác giả di trước

Tỉnh khoa học và thực tiễn của luận án

Tuiận ám đã chứng mình được bằng thực nghiệm quả trình thich nghi eda vi

sinh vật nHrat hỏa Lựa chọn dược cách thức nâng nồng, độ muối (nâng trực tiếp) nhằm rút ngắn thời gian thích nghỉ và giảm tính phúc tạp trong giai đoạn vận hành khối động thiết bị xứ lý

1Laiận án đã đánh giá đa dạng của quân xã vi sinh vật ở môi trường nước ngọt

và môi trường nước có nêng độ muối 30 g NaC/L bằng kỹ thuật DGGT:

Tuyận án đã đưa ra được mô hình động học ức chế của muôi tới quá trình

nitrat hoa hai giai doan Các thêng số động học của mô hình đã được kiểm chứng lại

Thông qua bước mỏ phỏng thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiêm.

Quy trình thích nghĩ dễ xuất đã dược áp dụng thử dỗi với nước thải lấy tại đầm nuôi tôm tại Liải Phòng có nông độ muối 13,7 ạ NaCl/L và cho thấy sự phù hop what dink

7 Bỗ cục rủa luận án

Luan én bao gém 105 trang với 46 hình và 18 bằng, Luận án tham khảo 125

tai liệu trong và ngoài nước Bồ cục của luận án gồm những phản chữnh sau dây:

Lời mở đầu (4 trang): Đặt vẫn để, mục tiêu, phạm vị, nội dung nghiên cửu

vả tính mới của luận án

Chương 1: Tổng quan (22 trang): Trình bày về nguồn phát sinh và đặc tỉnh

ô nhiễm của nước thái chứa muối; các công trình nghiên cửu liên quan tới nội dung

nghiên cứu của luận án Từ đó, xác định các vẫn đề còn tốn tại và cân giải quyết

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu (30 trang): Chương 2 tập trung mô tã

quy trình thí nghiệm và cơ sở lý thuyết của các nội đưng nghiên cứu trong luận án

Chương 3: Kết quả và bàn luận (47 trang): Chương 3 trình bây các kết

dạt được và kiến nghị về các hướng nghiên cửu tiếp theo,

Danh mục các công trình công bế liên quan tới luận ¿n, phụ lục vả tải liệu

tham khảo.

Chương 1 TỎNG QUAN

1.1.Nguồn phát sinh nước thải chứa muối

Muối (thuật ngữ muối dùng trong luận án dược hiểu lá muối NaCl) dược biết đến là một trong những chất có khả năng gây ức chế quá trình hoạt động của vi sinh vật do mudi lam thay đối lực ion của môi trường, thay đổi áp suất thẩm thâu giữa trong vả ngoài mảng tế bảo, dẫn tới tốc độ của quả trình trao đối chất bị giám đi,

Tước thải chứa muôi phát sinh từ nhiều hoạt động sản xuất khác nhau nr

chế biển thủy hãi sẵn đúng hộp và đông lạnh [7, 41, 91, 97, 114], chế biến rau quả đóng hộp [66, 71, 123]; tình chế đầu mó và sắn xuất khi đết [#, 57], thuộc da [78]

và chôn lấp chất thải rắn [63] Với một số nước khan hiếm nguồn nước ngọt như

Hong Kéng, Singapo, việc sử dụng nước biển cho các công Irình vệ sinh nhằm tiết kiệm nguồn nước ngọt cũng khiến cho ham lượng, muối trong nước thải sinh hoạt

phần ö nhiễm chính có mặt trong nhiều đồng thải có nỗng độ muôi cao Tùy thuộc

vào nguồn phát sinh mà nồng độ của mitơ có trong nước thải có thể dao động từ vải ang N/L téi hang nghin mg N/L Mặc đủ, nước thái của ngành chế biến rau quả đóng,

6p cũng có nẵng độ muối cao nhưng thành phần ô nhiễm của nước thải chủ yếu là

chất hữu cơ do sử dụng nguyên liệu có nguồn góc thực vật

Ở Việt Nam, ngành công nghiệp nuôi tôm (tôm giống và tôm thịt) là một

trong những nguôu phải sinh nước thải chứa muối quan trọng Theo báo cáo của

FAO, tổ chúc Lương thực Quốc tả, Việt Nam là một trong ba quốc gia sản xuất tôm

lớn nhất thể giới với sản lượng 349 000 tân/năm [39] Tổng diện tích nuôi tôm của

Việt Nam là khoảng S80 000 ha |76] Để cụng cấp con giống cho lrang lrại nuôi

tôm thịt, Việt Nam cũng có khoảng trên 5000 trang trại nuôi tôm giống với sản

lượng trên 30 tý cơn giống/năm [#8] Tuy nhiên, những vẫn để mỏi trưởng, di kẻm với sự phát triển của ngành nuôi lâm ngày cảng trở lên trầm trọng và nhức nhối ở nhiều dịa phương, Nhiều công trình nghiên cứu dã cho thấy chất lượng môi trưởng,

nước mặt dang bị suy thối nghiễm trọng do phải tiếp nhận trực tiếp nude thai cd nồng độ nitơ, chất hữu cơ và phốt pho cao khơng qua xử lý từ trang trại nuơi têm [5,

22, 74, 112] Ơ nhiễm xước mặt lả một trong những nguyên nhân khiến dịch bệnh ở

các no nuơi Lơm bằng phát mạnh Ở một số tỉnh như Tiểu Giang, Ca Mau, Bạc Liêu, Sĩe Trăng, tỷ lệ ao nuơi bị địch bệnh là khộng từ 20 — 60% Hậu quả là nhiều

doanh nghiệp, cả nhân nuỏi tơm đã lâm vào cảnh nợ nắn, phả sản [96] Theo bảo cáo quan trắp rồi trường tháng 8/2010 của Trung tâm Quốc gia quan ắc cảnh báo mơi trường và phàng ngừa địch bệnh thủy sản khu vực miễn Trung, nhiễu vùng

xuơi từ Quảng Ngãi tới Ninh Bình cĩ hiện tượng ơ nhiễm trước trong, ao nuồi Chất

lượng nước cap cho các vùng nuơi chưa đâm bảo Những vếu tế trên khiên che t lệ

các vùng nuơi bị dịch bệnh và bị ư nhiễm cĩ thể lên tới 50% [113]

Những kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngồi nước dược trình

bảy ở trên cho thấy đặc tính và thánh phần õ nhiễm của nước thải cĩ muối phụ

Thuộc vào ngành sản xuất Trong đĩ, hop chat ctia nite là một trong những thành

phan ơ nhiễm quan trọng De nước thai phat sinh tir hoại động nuơi tơm là một trong những dạng nước thải quan trọng ở Việt Nam nên tỉnh chất của dang nude

thải này (nơng độ muối và nêng độ ameni) được lựa chon làm co sở để xây đựng,

các nghiên nửu thực nghiệm của luận án

Bang 1.1 Đặc tính õ rhiềm của ruột số loại nước thải chứa nuôi

Ngành nuôi tôm

© Khéng bao gồm nước ở bễ rửa và ngâm

gi Độ muỗi trong nước rác là tổ hợp của nhiều ion khác nhau, số liệu trình bày trong bâng là nồng dé mudi của tổng các ion hỏa tan và

đã được quy đổi tương đương về g NaC1/L

1.2.Chu trình nitơ và quá trình niqrat hóa

‘Trang link vực xử lý nước thải, chủ trình chuyên hóa cla nite có thể được

xô tâ như hình đưới đây (Hình 1.1)

Nito hữu cơ trong tế bào vị sinh vật và nitơ hữu cơ có trong nước thải dược

chuyển về dạng vô cơ (NH,`) thông, qua quả trình phân hủy nội sinh và quá trình

thủy phân, tương ứng

NH,' dược oxy hỏa tới NO; và NƠ; trong môi trường hiểu khí bởi các nhóm vi sinh vật tự dưỡng nitơ thông qua quả trinh nitrat hỏa

NÓO¿ và NO; được chuyến hóa về N¿ thông qua quá trình khủ nitrat Quá trinh dược thực hiện nhờ các v¡ khuẩn dị dưỡng tủy nghĩ với sự có mặt của cáo chất cho điện tử (vi dụ, chất hữu cø) trong môi trường thiếu khí

Np trong khong khí được đưa vào chủ trinh nite thong qua quá trình có đính

dam ‘Tuy nhiên, quả trinh có định đạm ít xảy ra trong hệ thông xứ lý nước thải

Trong hệ thông xử lý nước thải, nito vỏ cơ (NH¿”, NO; ) được chuyển hóa thành mitơ hữu cơ chủ yêu thông qua quá trình tổng hợp tế bào của vị sinh vật

công nghệ xử lý amoni được Trường đại học kỹ thuật Deft phát triển

Hình 1.1 Chu trình ritơ trong nước

Trong các quá trình mô lả ở trên, luận ứn tập chung vàa quá trình chuyễn hỏa từ NHỤ` tới NÓ; và từ NO; tới NO; (quá trình nhat hóa hai giai doạn) MIột

số điểm chính về cơ chỗ phản ứng, các yếu tổ ảnh bưởng về quân xd vi sinh vat tham gia vào quả trình nhat hóa được trình bày ở mục tiếp theo

1.2.2.Quá trình nitrat hóa

Niuat hỏa là quá Hình exi hỏa NHỊT tới NÓ) (giai đoạn oxy hóa amomi) và

tử NO; tới NƠ¿” (giai đoạn oxy hóa nitiÐ nhờ vi sinh vật Hai quá trình trên đều

được thực hiện bằng các vi sinh vật đặc chúng và được phân thành hai nhóm chính

độc hay chất ức chế [34, 40, 98] Trong quy trình công nghệ xử lý nitơ bằng phương,

pháp sinh học thì niưrat hóa được coi là giai đoạn chậm nhất [82]

Phan ứng của quả trình nitrat boa có thể dược mô tả qua hai phương trình

sau

Giai đoạn 1: giai đoạn oxy hóa emoni

NHZ +50, —— "5 NOz + 2H* + H,0 + 66 a.) Giai doan 2: giai doan oxy hea nitrit

Ö giải đoạn 1, cả NHỤ đồng vai trò làm cơ chất, Ở giải đoạn 2 NHụ' lại đóng vai trò là chất ức chế vị có sự hình thành NH; khi nông độ MH¿” cao, Độ kiểm

ảnh hưởng tới cả hai giai đoạn Dộ kiểm vừa đóng vai trò là nguồn cưng cấp cacbon

để tạo thành sinh khối của các vì sinh vật tự dưỡng mơ, vừa đóng vai trở làm chất đệm dé duy trì pIl ở khoảng phủ hợp cho phản ứng Theo lý thuyết, tỷ lệ giữa độ

kiểm và nông độ nitơ cần được đuy trì tôi thiểu là 7,14 (g/g) Đề oxy hóa hết 1 g N-

Hệ” cần 4,57 g Os [98]

1.2.3.Cơ chế ảnh hưởng của muỗi tới quá trình sinh học

Muối ảnh hướng tới các quá trình hỏa lý trong nước (do làm thay déi lực ion) dẫn tới sự thay đổi tính hòa tan và tính phân ly của một số chat tham gia vao quá trình mat hóa như Ô;, NHạ' v.v Nông độ oxy hòa lan trong ruước cất và rước biển giảm từ 8,4 vẻ 6,45 mgOz/L, tương ứng [117] Nhiễu nghiên cứu công cho thấy

néng dé của NH` bị giảm nhẹ ở môi trường có nông độ muối cao [56, 30, 104]

Muối cũng gây ảnh hưởng tới cân bằng của |[CO¿”| và |HCOy | trong nước |83J Những thay đổi nêu trên khiển cho quá trình nirat hóa bị ánh hưởng ở mỗi trường

có nồng 46 mudi cao.

Muối có thể gây ra những tác động trực tiếp tới tính chất vật lý và cầu trúc của tế bảo sống do làm thay đổi áp suất thâm thấu giữa trong và ngoái màng tế bào

Sự thay đổi của ấp suất thẩm thấu lam giảm lượng nước tự đo trong màng nguyên sinh chất khiến tế bào bị mát nước và phát triển chậm vì vậy làm giám tóc dộ phán từng sinh hỏa xảy ra trong tế bảo [35]

Tiến nay, cơ chế tích nghủ của vỉ sinh vật với rỗi trường có nồng cỗ ruồi cao déu được coi lả do sự thay đổi về tính chất va cấu trúc của màng tế bảo để

chống lại sự thay đối của áp suất thăm [36] Tuy nhiên, ofing o6 tac gia cho răng cơ

chế thích nghỉ cụ thể của vĩ khuẩn trai hỏa với môi trường có độ mặn cao vẫn

chưa được làm rõ [63]

1.2.4.Quần xã vi sinh vật nitrat hóa

Nitrosomonas europea và Niirabacter spp vẫn được coi là bai chủng vi sinh

vật chủ đạo thục hiện quá trình nitaL hóa trong hệ thông xứ lý nước thải |40, 981

Tuy nhiên, những kết quả nghiên cửu gâu day da cho thay quan xé vi sinh vat nitrat hóa trong hệ thống xử lý nước thải phức tạp và đa đạng hem nhiều Ngoài Nirasomonas europed/eutrapha và Nirabacler spp., trong quần xã vị sinh vat nitrat khóa của hệ thông xử lý nước thái côn có mặt nhiều loài vị sinh vật khác có khá năng,

tham gia vào quá trình niữat hóa nhu Nitrosomonas oligotropha, Nitrosomonas marina, Nitrosomonas communis và các loài trong dong Nitrosospira,

Nitrosococcus mobitis, Nitrosomonas cryotolerans (nhỏm vị khuẩn oxy hóa amoni)

va Nilrospira (nhém vị khuẩn oxy héa nitrit) [6, 25, 31, 45, 70, 103, 120] va nhiéu

ấy dược khác [29, 32, 33, 70, 1201

vi sinh vật không nuôi cí

hiểu nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiều loại vi sinh vật có khả năng chịu mặn tổn tại trong quân xã vi sinh vật của hệ thông xử lý nước thải sinh hoạt, ví đụ như

Nitrasomonas europea, Nitrosacoccus mobilis (cw vi sinh val oxy héa amor) [20,

21, 47, 65, 82, 119], WWrospa và Nirobacfer (những vi sinh vật oxy héa nitrit) [82]

Các kết quá nghiên cứu gần dây đã cho thấy quần xã vi sinh vật nhat hỏa rất đa dạng Nhiều chũng vỉ sinh vật chịu mặn tấn lại ngay trong quần xã vị sinh vật

13

mat hóa nước ngọt của hệ thông xử lý nước thải sinh hoạt Ưì vậy, nguồn sinh

khối của hệ thẳng xứ Á) mước thải sinh hoạt (một trong những nguồn sinh khổi có

thé lay với khối lượng lớn) có thể là một lựa chọn để cắp vì sinh vật cho các hệ

thống xử Ìÿ nước thôi có nẵng độ muỗi cao

1.3.Khả năng thích nghỉ của vi khuẩn nïữrat hóa với môi trường cô nỗng độ

(thích nghỉ vi khuẩn Anamox với môi trường có nẵng độ muổi 30 g NaCLL thee cách thức nâng đân nông độ muối theo bước nhây 5 g NaCMT, trong thoi gian 100 ngây) [62]

G-H Chen và cộng sự đã so sánh sự thích nghỉ của vi khuẩn nitrat hỏa với andi Irưởng nó hàm lượng 3Ô g CEI, theo các bước nhay 2 g CIM va 10 g CI

123] Thí nghiệm được thực hiện liên tạc trong 200 ngày Kết quá cho thấy, hai cách

thức nâng độ muỗi có ảnh hưởng tương đương nhau ở nồng độ CT <10 g/L„ hước

nhãy nhê cho kết quả tốt hơn ở nông đỏ CT từ 10 — 20 g/L và ngược lại ở nông độ

Gltr20 30gL

Ngoài ra, nhiều nghiên cứu khác về quá trình nirat hóa trang môi trường,

nước mặn cũng sử dụng vi khudn nitat hoa của hệ thống xử lý nước thải không, chúa muối Tuy nhiên, cách thức thích nghĩ và thời gian thích nghĩ không được dé

cập cụ thế ở các nghiên cứu này

Những nghiên cứu trình bày ở trên đã cho thấy vị khuẩn mitrat hỏa nước ngọt

có khả năng thích nghi và hoạt động ốn định ở môi trường có độ mặn cao bằng cách

ung dân độ muối Kết quả nảy cũng phủ hợp với sự tôn lại của một số chẳng vi khuẩn niưat hỏa có khả nắng chịu mắn được dễ cập tới trong những nghiên cửu về

14

tính da dạng của quần xã vi sinh vật nitrat hoa trong hệ thông xử lý nước thi trình

bảy ở mục 1.2.4)

1.4.Ảnh hưởng của muối tới quá trình nữtrat hóa

Do nitrat hóa là giai đoạn chậm nhất của quá trình xử lý mitơ nên nhiều công, trinh nghiên cửu về sự ánh hưởng của muối tới giai doạn nảy dã dược công bó Bang 1.3 liệt kê một số công trình nghiên cứu đại điện về quá trình nitrat hóa trong môi trường nước có nổng độ muối cao Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ânh hưởng,

của nồi tới 1) giai đoạn oxy hóa amoni, 2) giai đoạn oxy hóa nitrit và 3) khả năng,

lắng của sinh khổi là ba vẫn đề chính cản được quan tâm, xem xét trong quá trinh

1rghiên cứu Tuy nhiên, kết quả được công bố bởi những lác giả khác nhau vẫn cho thấy một số điểm chưa tương đồng và đôi khi còn có phân trải ngược

1.4.1.Ảnh hưởng của muối tới giai đoạn oxy hóa amoni

Các nghiên cứu đều cho thả)

độ oxy hóa amoni giảm khi nông độ muối tăng Tuy nhiên, mức độ ức chế của muối tới giai đoạn oxy hớa amoni lại biến động

trong khoáng khả rộng giữa nghiên cứu của các tác giả khác nhau (Bang 1.3)

Nghiên cứu của Dineer và Kargi cho thấy mức độ ức chế tăng từ 5% tới 60% khi ông độ ruuôi tăng từ 6 tới 35 g CIVL 1) Tuy nhiên, một nghiên cứu khác của lrai tac gid nay Jai cho thay mue dé we ché ting tir 10% tdi 20% khi néng dé mudi ting

từ 18 — 30 g CIYL [2] Mite độ ức chế 100% & nang độ muối 18 g CI/L được công

bổ trong nghiên cứu của Campos và các cộng sự ]17| Nghiên cứu của Mơussa và

các cộng sự cho thấy mức độ ức chế là 33% ở nông độ mudi 10 g CL/L [82]

Nguyên nhân của sự không tương đêng này có thể là do sự khác nhau vẻ quan x4 vi sinh vật (nguồn sinh khối), cầu trúc thiết bị phân ứng, cách thúc nâng néng 46 mudi và điều kiện phản ứng trong các công trình nghiên cứu đã được công

bố Trong đó, quần xã vi sinh vật và cách thức nang néng 44 mudi có thế là những yêu tổ gây nhiều ảnh lướng nhất (82,

Bang 1.3 Tóm tắt một số công bề diễn hình vẻ ảnh hưởng của muỗi tới quá trình nitrat hóa của các tác giả trên thể giới

` | Loại | gCL4 | pH | CC) | nước thải | sinh khdi |

0ð

65-70 | piậy | 33-63 0-30 | DW | thichneti | THÊ — | hoa gitim 70% (0,25 ngày ) "z1

SVI không bị ảnh hưởng do hàm lượng sinh khối ban dẫu cao (20

do thiêu hụt DO, không phải áo

độ muối SRTT = 12 và 25 ngảy tương ứng

0 §o với Sa thie Khi C† > 20 g/L, NO¿ là sân

10g CM

với10g | NaCl C1) 20 2 |7-83 | 25-30 | IW/SW | DA chua ee) thích nghĩ ĐA - |tlavởicanxi

hi hoạt động ổn định, hoại tính ctia bun LIC và SA tương đương

nhau

36—95 Mudi gây ảnh hưởng mạnh tới

(oxy héa trang thai ban dau khi giảm độ

{0 DW - mide thai sinh hoại, SW - nước thải nhận tạo, TW - nước thai công nghiệp

2 EN - Nirosomonas và Nitrobacier trong hệ vị sinh hỗn hợp, DA _ búm của công trnh xứ lý nước thải sinh hoạt có quá trình nữat

; §A - bùn lây từ thiết bị bùn hoạt tỉnh đã thích nghỉ với muối,

.BA - thiết bị đợng mê quy mô phòng thí

hóa, lịC - vị khuẩn nitrat hóa đã được làm giày

© 1,A - hệ bản hoại tỉnh quy mô phòng thí nghiệm, 1.8 - hệ bàn hoại tỉnh quy mô thự

nghiệm; QA - thiết bị sử đụng vật liệu mang ccllular rao quản lớn để cô dịnh khuản nữtat hóa; PA - thiết bị bùn hoạt tinh quy mé pilot,

PE - [hiệt bị tầng sôi quy mô piot; SBR - thiết bị mẻ kế tiếp

(mm) không đo

18

1.4.2.Ảnh hưởng của muỗi tới giai đoạn oxy hóa nitrit

Ảnh hưởng của nông dé mudi tới giai doạn oxy hỏa mitit của các nghiên cửu

êm không tương đồng khi so sánh giữa mức độ

đã công bổ cũng cho thảy một số

ảnh hưởng của muối tới giai đoạn oxy hóa nitrit và giai đoạn oxy hoá amoni

Nghiên cứu của tác giá Moussa và các cộng sự [B2], tác giá Hunik và các

cộng sự [48, 49] cho thay muối có ảnh hưởng mạnh tới quá trình oxy hóa ameni

hơn là quá trình oxy hóa nitrít

‘Tuy nhiên, một số nghiên cửu khác lại chí ra rằng hiện tượng tích lũy nïữit

xây ra rõ ràng ở nông độ muối cao Túc là, muối ảnh hưởng tới giai đoạn oxy hóa

xtrïl mạnh hơn nhiều so với giải đoạn oxy hóa amomi Nghiễn cứu cita Dincer va

Kargi (2001) cho thấy NO; bị tích lũy khi nổng độ CT vượt quá 12 g/L Tác giả

Vredenbregt va cac công sự đưa ra kết luận NO; là đạng sản phẩm chính của quá

trình mat hóa ö 20 g CL/L |118 Nghiên cứu của G.H Chơn và gác cộng sự cũng,

chỉ ra rằng V#robaefter (vị khuẩn oxy hoa nitrit) không bồn tại ở môi trường có nồng,

độ C† lớn hon 10 g/L [22] Campos và các công sự cũng nhận thấy hiện tượng tích

úy mitrit ở môi trường nước thải có độ muôi cao, tuy nhiên, tác giả đã chứng mình

được hiện tượng tích lũy niưït không phải do muối má do sự thiểu hụt O; [17]

1.4.3.Ảnh hưởng của muối tới khả năng lắng của bùn

Muối làm tăng trọng lượng riêng của nước, làm thay đổi áp suất thảm thâu

gia trong và ngoài mang, té bao dẫn tới hiện tượng co nguyên sinh chất |87, 99[ và lam giảm sự phát triển của các vị khuẩn đạng sợi khiến cho khá năng tạo bông của

vi sinh vật kém đi [37] Những ánh hưởng nêu trên khiển cho kha nang lắng của bùn

ở môi trường nước thấi có độ mặn cao bị ảnh hưởng,

Các kết quả nghiền cứu được công bố liên quan tới quả trình nïrat hóa trong môi trường có đô mặn cao lại cho thay khả năng lắng của bún chỉ giảm rõ rệt khi

xiâng trực tiếp độ muối lên tới 30 g NaCUL |82, 93, 94) Tuy nhiên, khi vị sinh vật hoạt động ổn định, khả năng lắng cửa bửn ít bị ảnh hưởng, thậm chỉ còn được cải thiện [17, 82, 118] Các tác giả cũng đã giải thích sự cãi thiện khả năng lắng của

bùn ở mỏi trường có nông độ muôi cao là do hai cơ chế sau đầy:

tượng tích lũy nitrit, khd nang lang cia bim sinh học hay sự đao động mạnh về mức

độ ức chế của muối lới quả trình oxy hóa amomi

1.5.Nghiên cứu về động học ức chế của muối tới quá trình nitrat hóa

Động học ức chế của muối tới quá trình niờat hỏa đã dược để cập trong,

nhiều nghiên cứu khác nhau nhằm mục đích đưa ra các biếu thửc/phương trình toán

how dé mé 14 méi quan hệ giữa nồng d6 mudi va Lô độ/hiệu quả của quả trình nitrat hóa, Bảng 1.4 liệt kế một số mồ bình dộng học ức chế của muối tới quá trình nïrat hóa của các tác giã trên thể giới

To khó có thể xác dịnh riêng khối lượng của hai nhóm vì khuẩn oxy boa

amoni va oxy hóa nitrit trong, hé vi sinh vat hỗn hợp nên trong nhiều nghiên cửu,

nitrat hoa được coi là quá trình một giai đoạn (amoni được oxy hóa trực tiếp về nitvat) 2, 115 116]

Vac gia Lhmik va cde céng sy nghién cuu anh buéng ota mudi tei giai doan

oxy héa amoni va giai doan oxy héa nitrit vA cha thấy tốc độ oxy hóa amoni va

nitrit déu giảm tuyển tình khi nổng dé mudi ting Néng dé mudi gây ảnh hướng,

xnạnh tói quả trình oxy amoni hơn là quá trình oxy hóa nitrit [18, 19] Nhưng nghiên

cửu này lại thực hiện trên hai hệ vi sinh vật thuan ching riéng biét (Nitrosomonas

curopdea, vì khuẩn oxy héa amoni, va Nitrobacter agilis, vi khudn oxy hoa mirit)

chứ không thực hiện với hệ vi sinh hỗn hợp

Omar Sảnchez; và các công sự đưa ra mô hình động học ức chế của muối tới

quá trình nitrat hỏa hai giai đoạn với hệ vi sinh vật hỗn hợp hoạt dộng ồn định ở

xuôi trường cỏ nông độ muối 24 g NaCVL [101] Tác giá đã đưa ra kết luận tốc độ

của cả hai quả trình oxy hóa amoni và mitrit đều giảm theo quy luật dường thẳng khi nẳng độ muối tăng, quả trinh oxy héa nitrit bi anh hướng bởi nổng độ muối nhiều

hon so voi qua trinh oxy hoa amor

Động học ức chế của mudi toi qua trinh nitvat hoa dã dược dễ cập tới trong

một sỐ nghiên cứu Tuy nhiễn, nghiên cứu về dộng học ức chế của muối tới quad

trình nhưat hóa hai giai đoạn với hệ vị sùnh hỗn hợp vẫn còn hạn chế Nguyên nhân chit yéu là do quân xã vĩ sinh vật sử dụng tong nghiên cứu chua thực sự có đủ thời

gian để thích nghì với môi trường mới 0o đó, mmỗ hình đưa ra chỉ có thể mô tả sự

ảnh hướng tức thời chứ khó có thê áp dụng đề mô tả sự ảnh hưởng lâu dài của muối tới quá trình nữrar hóa hai giai đoạm

1.6.Mõ hình hóa và mô phồng quả trình nitrat hôa

Trên 'Thể giới, lĩnh vực mô hình hỏa trong công nghệ xử lý nước vả nước thải đã và đang được phát triển rấL mạnh trong những nằm gần đây Một trong những mô hình dầu tiên mang tính thương mại dược phát triển là mò bình bùn hoạt

tinh (ASM Activated Sludge Model) vai cde phién bán ASMI, ASM3 và ASM3

v.v Mê bình ASM được phát triển bởi nhóm nghiên cứu mô hình toán học ứng, dụng trong thiết kế vả vận hành hệ thống xứ lý nước thải bằng phương pháp sinh học của Tiệp hội chất lượng nước Quốc tế [AWQ) [46] Trong mô hinh ASM, hau như tắt cã các quá trình sinh học chính xây 1a trong thiết bị xử lý như quá trình xử

lý chất hữu cơ bằng phương pháp hiểu khi, quả trình niat hóa, khử niưat hỏa và

loại bỏ phốt pho đều đã được để cập tới Cáo thông sẻ của mô hình đã được hiệu

chuẩn và kiểm chứng tình chính xác Tuy nhiên, mô hình chỉ áp dụng chủ các đối tượng nước thải thông thường (không có chất dộc, chất ức chế)

Tac gia Tenia Iacopozzi va các công sự đã phát triển mồ hình ASM3 2N voi

quá trình nitrat hóa là quá trình gồm 2 bước (oxy hóa từ KII, tới NO; và từ NÓ;

tới NO; ) để khắc phục hạn chế của mô hình ASM3 là chỉ coi quá trình niưat hóa có

mệt bước chuyển hóa duy nhất từ NH¿ về NO; [S0] Ngoài ra, còn rất nhiều

nghiên cứu đuợc công bố lrên các tạp chỉ chuyên ngành về vẫn để mô hình hóa và

mô phỏng quá trình sinh học trong xử lý nước thải Nhin chung, các mô hình đến kế

thừa hoặc cải tiền từ mô hình ASM

Bang 1.4 Tom tal cac

1 |mộtgiái Nitrosomonas | hid bi dal rang | 30g NaŒM, © Kyo/(1 + 1/Kp2) + N 12

2 |mộtgiai |visinhvật nước 0-60gNaCVL | Hỗnhợp vi sinh vật nước ngọt nước — |115J

Oxy hoa | Nitrosomonas

bà le)

Oxy hoa Nitrobacter

(mg/L); (2) rao: tốc đô oxy hóa amoni (mg N-NIIL /#mgVSSa2/phúÐ; rụo: tốc độ oxy hóa nitrit (ng N-NO+2/mg V§§Swa/phúÐ), S: nồng

độ muôi ( g NaC1/12), (3), (4): PZP„;: hoạt tính (%9, C: nồng độ muới (mM); Ruyz¿ „ lốc độ oxy hóa amoni ứng Nếy sinh khôih); R-VH#

tốc độ xử lý amont (mg N/L/h);

Moussa và các công sự dã cải tiến mô hình A8M1 ở giai đoạn nitat hóa (từ

một giai đoạn thành hai giai đoạn) để mnô tả hoạt động của hệ thông xử lý nước thải

thuộc do (Booo Tarmery Holland B.V, WWTP) ở giới đoạn én định [BI | Các thông,

số dộng học trong mồ hình được chuẩn lại bằng các số liệu phân tích chất lượng, nước trung bình hàng năm của hệ thống xử lý Dây có lẽ là công trình nghiên cứu

duy nhất dược công bổ về mnổ hình hóa hệ thống xử lý nước thải có độ mặn cao

Aặc dù, các mô hình ứng dựng trong lĩnh vực xứ lý nước thái đã được phát

triển mạnh nhưng chủ yêu tập trung cho đối tượng nước thải không có mặt các chất

tức chế lạ Tuy nhhên, í! công trình nghiên cứu để cập tới mô hình mô tã quá trình nitrat héa trong nude thai cd dB mudi cao

1.7.Những nghiên cứu khác liên quan tới nội dung của luận án

1.7.1.Nghiên cửu sử dụng chủng vi khuẩn ưa mặn để nắng cao hiệu quả xử lý ở điều kiện nước thải có độ muỗi cao

ĐỀ nâng cao hiệu quả của quá trình xử lý sinh học ở môi lrường có muối,

một số ng hiên cứu được thực hiện theo hướng bỏ sung lioặc sứ dụng, các vị smh vật

có tính tra mặn vào thiết bị xử lý [38, S9-61]

Các công trình công bó đã cho thấy, việc Đỗ sung/sử dụng vi sinh vật ưa mắn

[3, 38, S8, 59, 61, 66] hoặc nắm men [S6] giúp hiệu quả xứ lý hữu cơ tăng lên từ 20

— 30% TIiệu quả đặc biệt rõ ở môi truờng có nông độ muối lớn han 20 g NaCLL,

138, 59, G1 |

Vi khuẩn xứ fy nito wa min cũng được sử dụng trong nghiên cứu của nhiều tác giả khác nhau Amit Gross vả các cộng sự đã sử đụng vị khuẩn nitơ phân lập từ đất tại khu vực nuôi tring hai san để rút ngắn thời gian khởi động thiết bị lọc sinh học để xử lý nước mudi tam có néng độ muối 2g NaCUL [43]

Catalan Sakari và các công sự tiến hành bám đính vi khuẫn miwat hỏa và khứ

xuat hóa (phân lập tử bùn tại vùng phải sinh nước thất) trên vật liệu mang polycster

va cellular mao quan lén dé xit lý nito trong nước mặn [20, 21] Tải lượng oxy hóa

1útơ của thiết bị sử dụng vat liu mang cellular va polyester dat 1,62 va 5,20 kg

Nim’ vat liệu mang/ngảy, tương ứng Tuy nhiên, tải lượng này vẫn nhỏ hơn 6 lần khi so với môi trưởng nước ngọt

Fikret Kargi va Ahmet Uygur cho thấy việc bố sung vĩ khuẩn ưa mặn vào thiết bị SBR chỉ giúp hiệu quả nïưat hóa ở nổng độ muôi 50 g NaCUL tăng lên 159

Ở nông độ muối nhỏ hơn, mức độ cải thiện không đáng kể [61]

1.7.2.Tốc dộ tiêu thụ oxy

Tác độ tiêu thu oxy (OUR — Oxygen Uptake Rate) 1a mér dai lượng được sử

dụng để đảnh giả hoạt tình của vi sinh vật hiểu khi O2 được đo bằng thiết bị hô

hấp kể Do phương pháp đo OUZt khá đơn giản, tiết kiệm hóa chất, không tồn thời

gian và có khả năng tự động hóa cao nrên trong vải thập niên qua, OUR đã được sử

dụng rộng rài dẻ xác định các thông sẻ dòng học của quá trình xử lý sinh học |24,

55, 64, 67, 73, 105, 107], xác định mức độ ảnh hưởng của các chất ức chế tới quá trình xứ lý sinh học [42] và là một công cụ trợ giúp Hong kiểm soái hoạt động của

hệ thống xứ lý [79, 106, 111]

OUR cũng được sử dụng để xác đỉnh riêng néng độ của nhóm ví khuẩn tự

đưỡng xử lý nợ và nhónn vĩ khuẩn đị dưỡng xứ lý hữu cơ có ương hỗn hợp bùn

hoạt tính [27, 122] Những nghiên cửu này được triển khai xuất phát từ chỉnh nhu

cầu thực tiễn của các nha thiết kế công nghệ Trong lĩnh vực công nghệ môi trường,

nông độ sinh khổi được xác dịnh thông qua các chỉ tiêu nhu MLSS, VSS Vì vậy, MLSS, VSS chi thé hién duoc tổng khối lượng vi sinh vật có trong hệ thông xứ lý

mà không thể hiện được khổi hrong của từng nhóm vị sinh vật (nhóm vi sinh vật

oxy hóa hữu co, nhém vi sinh vật oxy hỏa amoni, oxy hoa nitvit) Trong khi đó,

những phương pháp xác định riêng tùng nhóm vi sinh bằng các kỹ thuật phân tích sinh học lại đưa ra các số liệu không tương thích với những mỏ hình và công thức

toán học thường dược sử đụng Irong lĩnh vực công nghệ xữ lý nước thãi [122]

Tuy nhiên, những nghiên cứu đã công bồ liên quan tới (2# mới chỉ xác định

riêng được hai nhóm vị khuẩn tự đưỡng và dị dưỡng chứ chưa thể tách riêng được

khối lượng của hai nhóm vi khuan oxy hóa amoni và oxy hóa mitrit |122|

1.7.-3.Công nghệ xử lý nước thải có muối

Một nguyên tắc chưng thưởng được áp dụng để xứ lý các dòng nước thái có

độ mặn cao trên thực lễ là rộn lân c¡

đồng nước thải có độ mặn cao với các dòng

thải cỏ dộ mặn thấp dé giảm ham lượng, muối trong nước thải cân xứ lý tới ngường,

có thể xử lý bằng phương pháp sinh học và kéo đài thời gian lưu thủy lực để đạt được hiệu quả xử lý mong muốn Cách tiếp cận này thường được áp dụng đối với các nhá máy sản xuất bởi ngoài nước thải sản xuất còn có nước thấi sinh hoạt, rước

thai phát sinh từ công đoạn rửa sản v.v

Ti thống xử lý mước thải với công suất 130 — 160m22ngày của Công ty Suhyup, thuộc Tập đoàn thủy sản Quốc gia Hân Quốc, sử dựng công nghệ tuyển nồi

kết hợp với yếm khí, thiếu khí vả hiểu khi với thời gian lưu thủy lực của giai đoạn

tiểu khí lên tới gần 2 ngày là một ví đụ (Bảng 1.5) Nông độ muối và TN và COD

trong nước thải đâu vào là L0 g NaCLL, 80 mg N/L và 350 rng O;/L

Bang 1.5 Thông số kỹ thuật của hệ thống xử lý nước thải của Công ty Suhyup

Công đoạn Đơn vị | Giá trị | Công đoạn Donvi | Gia ti

BE chia m | 152/5 | Bế oxy hỏa tiếp xúc

Chính pH và keo tự m 30 |Bẻ2 mỸ 223,3 Tuyển nổi (DAI) mỈ 86,6 | Liễu khí mỶ 122,8

Tế thiểu khi mĩ 163,5 | Loc cat mĩ 318

Với gác cơ số nuôi trồng hải sin, dong nude thất có muôi chiêm tỷ lệ lớn tiên

không thể áp dung các phương pháp trộn lẫn đông thải nhằm hạ độ muối thì bắt buộc phải xử lý trực tiếp nước thải ở điều kiện độ mặn cao Với các cơ sở mà lưu lượng nước thất phát sinh í, cáo thiết bị lọc sinh học được áp dụng Thiết bị lọc sinh học thường, đám nhiệm cá chức năng xử lý nước để tuân hoàn trở lại hệ nuôi [43]

Với e đầm nuôi tôm thị, lưu luợng nước thải phát sinh lớn thì người ta thường áp

dụng các phương pháp lắng và xử lý bằng thủy smh ta mắn, tuy nhiên, phương

pháp này đói hỏi điện tích cho hệ xứ lý lớn [15]

1.8.Những vấn đề cin (ồn (ại và nội dung nghiên cứu của hein án

1.8.1.Những vẫn đề củn tần tại

liẹp chất của nitơ là mnột trong những thành phân ô nhiễm chỉnh trong nhiều đông nước thai oé néng dé mudi cao Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện tập trung vào giai doạn nitrat hỏa bởi dây là giai doạn chậm nhất của quá trình xử ly nite Tuy

nhiên, một số vẫn đẻ sau vẫn còn tản tại:

Mức đỏ ảnh hưởng của muếi tới giai đoạn oxy hỏa amoni, oxy hóa nitrit và khả năng lắng của bông bùn vẫn cỏn một số điêm chưa tương đồng

Chưa có nghiên củu hoàn chỉnh nhằm so sánh sự thích nghỉ cha quan x4 vi

khuẩn mirat hóa theo các cách thức nông rỗng độ muối khác rửuu

Mô hình dộng học ức chế của muối tới quá trình niưat hóa hai giai đoạn ít được đề cập

Vi vậy, quá trinh milrat hỏa trong môi tưởng nước thải cỏ hàm lượng rnuối

cao la mét van dé can được nghiên cửu thêm nhằm phù hợp với diều kiện thực tế ở

Những van dé duge tap rung nghiên cứu trong khuôn khổ của luận án bao

Nghiên cứu sự thích nghỉ của vị khuẩn nitrat hóa của hệ thống xử lý nước

thải sinh hoạt (sau dây được gọi là vi khuẩn niưat hóa nước ngọt) với mỗi

trường nước thải nông độ muối cao theo các cách thức nâng nỗng độ muối khác nhau Từ đó, để xuất quy trình nâng độ muối phù hợp

Xác định định lượng mức độ ức chế của muối (chủ yếu là NaŒ]) tới quá trình nitrat hóa hai giai đoạn khi vi khuẩn nitrat hóa đã hoạt động én định

Nghiên cứu khả năng áp đụng của quy trình thích nghỉ với nước thai của đâm nuôi lôm nước lợ.