Nghiên cứu, cải thiện hiệu quả quá trình chuyển hoá phân hủy các hợp chất nitơ trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đô thị

Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng nitơ rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng n

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường đã và đang là một vấn đề quan trọng, hệ quả của một quá trình phát triển nóng của các nước đang phát triển trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp và dịch vụ, quá trình đô thị hóa và tập trung dân cư nhanh chóng là những nguyên nhân gây nên hiện trạng quá tải môi trường

Ở Việt Nam, phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và nông thôn đều chưa được xử lý đúng quy cách Nước thải từ các khu vệ sinh mới chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu xả ra môi trường, là nguyên nhân gây ô nhiễm, lây lan bệnh tật Đó là chưa kể dòng nước thải sinh hoạt từ nhà bếp, tắm, giặt, thường không được xử lý qua bể tự hoại, góp phần làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng

Các chỉ tiêu BOD5, COD, nitơ, Phốt pho và vi sinh vật là các chỉ tiêu ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy trong nước thải sinh hoạt Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng nitơ rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng nitơ cao, trong

đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm Muốn xử lý loại bỏ nitơ trong nước thải thì tốt nhất là sử dụng biện pháp sinh học dựa vào quy luật tự nhiên để giảm thiểu ô nhiễm Đây thực chất là quá trình thúc đẩy hoạt động của các vi sinh vật vốn có trong tự nhiên Cụ thể là sử dụng các vi khuẩn Nitrat hóa và phản Nitrat hóa để loại bỏ nitơ trong nước thải

Dựa vào đặc tính của vi sinh vật trong nước thải có thể chuyển hoá amoni thành NO2- , NO2- thành NO3-, sau đó sẽ chuyển NO3- thành NO, N2O, N2 hoàn toàn không có

hại với môi trường Chính vì vậy tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, cải thiện hiệu

quả quá trình chuyển hoá phân hủy các hợp chất nitơ trong các hệ thống xử lý

nước thải sinh hoạt đô thị” với các mục tiêu sau:

• Phân lập chủng vi sinh vật có khả năng phân giải hợp chất chứa nitơ trong nước thải

• Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải cao

• Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển và khả năng phân giải hợp chất chứa nitơ của chủng được tuyển chọn

• Tạo chế phẩm sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt

• Nghiên cứu, ứng dụng chế phẩm sinh học trong xử lý nước thải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tài nguyên nước và sự ô nhiễm nước

Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, quyết định sự thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia Hiện nay nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt Nguy cơ thiếu nước, đặc biệt là nước ngọt và sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất Do đó con người cần phải nhanh chóng

có các biện pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước

Ô nhiễm nước có thể được định nghĩa bằng nhiều cách như khi nồng độ một hoặc nhiều chất cụ thể trong nước vượt quá tải lượng của môi trường trong khoảng thời gian đủ để gây tác động hay hậu quả rõ rệt ta gọi là ô nhiễm nước

Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã"

Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng

Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước (VloSer, 2009)

Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hoá chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý

Hiện nay, đã có nhiều hoạt động tuyên truyền chủ trương xã hội hoá công tác bảo vệ tài nguyên nước, đưa ra nhiều biện pháp nhằm kêu gọi tất cả các thành viên

trong xã hội nâng cao ý thức, cùng hành động tích cực bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên này Bảo vệ tài nguyên nước là nhiệm vụ cấp bách, nó không chỉ đáp ứng các yêu cầu trước mắt mà còn tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp bảo vệ tài nguyên và môi trường trong tương lai lâu dài, vì đó là sự sống còn của chính chúng ta và con cháu sau này.

1.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước trên thế giới

Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ Ta

có thể kể ra đây vài thí dụ tiêu biểu

Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch, nó trở thành ống cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt

Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng không khác bao nhiêu Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ 18 Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều tai nạn (như nạn cháy nhà máy thuốc Sandoz ở Bale năm 1986 chẳng hạn) thêm vào các nguồn ô nhiễm thường xuyên

Ở Hoa Kỳ tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng khác Vùng Ðại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng

1.1.2 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam

Nước ta có nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp và các

đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ra ở nhiều nơi với các mức

độ nghiêm trọng khác nhau (Cao Liêm và Trần Ðức Viên, 1990)

Nông nghiệp là ngành sử dụng nhiều nước nhất dùng tưới lúa và hoa màu, chủ yếu là ở đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng Việc sử dụng nông dược và phân bón hóa học càng góp thêm phần ô nhiễm môi trường nông thôn.

Công nghiệp là ngành làm ô nhiễm nước quan trọng, mỗi ngành có một loại nước thải khác nhau Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước biến Sông Cầu thành màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số Khu công nghiệp Việt Trì

xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải của nhà máy hóa chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt xuống Sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể Khu công nghiệp Biên Hòa và

TP HCM tạo ra nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt rất lớn, làm nhiễm bẩn tất cả các sông rạch ở đây và cả vùng phụ cận

Nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do dân số và các

đô thị Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ sở tiểu thủ công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ở nước ta Ðiều đáng nói

là các loại nước thải đều được trực tiếp thải ra môi trường, chưa xử lý triệt để, vì nước

ta chưa có hệ thống xử lý nước thải nào đúng nghĩa như tên gọi của nó

Nước ngầm cũng bị ô nhiễm, do nước sinh hoạt hay công nghiệp và nông nghiệp Việc khai thác tràn lan nước ngầm làm cho hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm phèn xảy ra ở những vùng ven biển sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long, ven biển miền Trung (Cao Liêm và Trần Ðức Viên, 1990)

1.2 Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị và sự ô nhiễm

Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải

Nước thải đô thị bao gồm cả nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng đồng dân cư, các loại nước thấm và nước thải sản xuất thải ra từ các

công trình công nghiệp [11] Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt, cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí Chúng thường được thu gom vào các kênh dẫn thải Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac, protein, peptit, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng [2] Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5-16g nitơ dưới dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số đó Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu lớn hơn trong phân khoảng 8 lần [2] Các chỉ tiêu BOD5, COD, Nitơ, Phốt pho là các chỉ tiêu ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy trong nước thải sinh hoạt Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các

vi sinh vật có trong phân Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán (vacne.org.vn) Đặc trưng của nước thải

đô thị hiện nay là chứa nồng độ chất hữu cơ ở mức cao và nhiều chất hoạt động bề mặt

từ việc sử dụng nhiều chất tẩy rửa như xà phòng, nước rửa chén

Ông Yutaka Matsuzawa - Chuyên gia môi trường của Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) tại Việt Nam đã nhận định: “Quá trình đô thị hoá tại Việt Nam diễn

ra rất nhanh Những đô thị lớn tại Việt Nam như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng,

Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề Đô thị ngày càng phình ra tại Việt Nam, nhưng

cơ sở hạ tầng lại phát triển không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam vô cùng thô sơ Có thể nói rằng, người Việt Nam đang làm ô nhiễm nguồn nước uống chính bằng nước sinh hoạt thải ra hàng ngày”

Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi Ước tính, hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý (VACNE, 2010)

Chuyên gia Matsuzawa cho rằng, quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá khiến luồng di cư đổ về đô thị Song việc thu gom, xử lý rác thải và nước thải sinh hoạt

lại không được để ý “Tôi chắc chắn rằng, Việt Nam trong vòng ít nhất là 10-15 năm nữa sẽ còn phải hứng chịu các tác động nặng nề do nước thải sinh hoạt không được xử

lý Đây là lý do vì sao tôi nói rằng, ô nhiễm nước thải sinh hoạt đang là vấn đề nghiêm trọng nhất mà Việt Nam đang đối mặt”, ông khẳng định

Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố hồi đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước Người dân ở cả nông thôn

và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày một ô nhiễm trầm trọng

Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống

xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương) Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y

tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải, một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng

Tổng lượng nước thải của thành phố Hà Nội, theo báo cáo của Uỷ ban Khoa học Công nghệ và Môi trường (2006), lên tới 300.000-400.000m3/ngày, trong đó 2/3 là nước thải sinh hoạt

Hình 1.1.Ô nhiễm nước tại sông Tô Lịch

Theo thông báo mới nhất của UBND thành phố Hà Nội (2006), tình trạng ô nhiễm môi trường do hoạt động công nghiệp tuy đã có chuyển biến nhưng vẫn còn hơn 90% tổng lượng nước thải sinh hoạt và nước thải của các cơ sở sản xuất, bệnh viện, dịch vụ và làng nghề chưa được xử lý Chỉ có một số ít nhà máy và bệnh viện được trang bị hệ thống xử lý nước thải tại chỗ, và chỉ có 8-10% tổng lượng nước thải đô thị được xử lý ở bốn nhà máy xử lý nước thải mới xây dựng với tổng công suất 48.000

m3/ngày [10]

Ở thành phố Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4.000 tấn/ngày; chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn là có xử lý nước thải; khoảng 3.000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời

Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt đô thị cũng không được xử lý, độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCCP)

Như vậy nghiên cứu để đưa ra phương án xử lý là vấn đề vô cùng cấp thiết hiện nay

1.3 Phương pháp xử lý nước thải và lựa chọn phương pháp xử lý

Trong các phần trước chúng ta thấy rằng nguồn gây ô nhiễm nước quan trọng nhất là nước thải Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đều chứa các tác nhân gây độc hại, gây suy thoái chất lượng nước sông, hồ, nước ngầm Do vậy việc xử lý nước thải là tối cần thiết trong công tác bảo vệ tài nguyên nước Mục đích của việc xử

lý nước thải là khử các tạp chất sao cho nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đã đặt ra Các tiêu chuẩn chất lượng đó thường phụ thuộc vào mục đích và cách thức sử dụng: nước sẽ được tái sử dụng hay thải thẳng vào các nguồn tiếp nhận nước [11]

1.3.1 Phương pháp cơ học

Nước thải công nghiệp cũng như nước thải sinh hoạt thường chứa các chất tan

và không tan ở dạng lơ lửng Các tạp chất lơ lửng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù Tùy thuộc vào kích thước hạt, các hệ huyền phù được chia làm 3 nhóm là chất rắn tan, chất rắn keo và chất rắn lơ lửng [11]

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, thường người ta sử dụng các quá trình thủy cơ (gián đoạn hoặc liên tục): lọc qua song chắn rác hoặc lưới, lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lực ly tâm và lọc Việc lựa chọn phương pháp xử lý tùy thuộc vào kích thước hạt, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết [11].

Năm phương pháp lý, hóa thường được dùng trong xử lý nước thải là:

- Phương pháp đông tụ và keo tụ;

- Phương pháp hấp phụ;

- Phương pháp trung hòa;

- Phương pháp tuyển nổi;

- Phương pháp trao đổi ion

1.3.2.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng tốc độ lắng của chúng Việc khử các hạt keo lắng rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ [11]

Trong thực tế người ta thường sử dụng các hóa chất trong phương pháp đông tụ

và keo tụ để loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước thải là: Al2(SO4)3.nH2O (n = 18), NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H20, Ca(OH)2, Fe2(SO4)3, FeCl3 , soda kết hợp phèn chua (Na2CO3 + Al2(SO4)3.nH2O)

13-1.3.2.2 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp này dựa theo nguyên tắc các chất ô nhiễm tan trong nước có khả năng hấp phụ lên bề mặt một số chất rắn (chất hấp phụ) Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính (dạng hạt hoặc dạng bột), than bùn Phương pháp hấp phụ có tác dụng tốt trong việc xử lý nước thải có chứa các chất hữu cơ, các kim loại nặng và màu

Để loại bỏ các kim loại nặng, các chất vô cơ và hữu cơ độc hại, hiện nay người ta có thể sử dụng than bùn hoặc một số loại thực vật nước như lục bình vì chúng có khả năng hấp phụ tốt [11]

1.3.2.3 Phương pháp trung hòa

Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm;

- Bổ sung các tác nhân hóa học;

- Lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

- Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của tác nhân hóa học [11]

1.3.2.4 Phương pháp tuyển nổi

Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong

một thời gian ngắn Khi các hạt nhỏ nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng

bộ phận hớt bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu [11]

1.3.2.5 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Hg, V, Cd, Mn cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước [11]

1.3.3 Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp sinh học dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa

Như vậy, muốn biết nước thải có khả năng xử lý được bằng phương pháp sinh học cần quan tâm đến chỉ tiêu BOD hoặc COD để có đủ điều kiện vận hành hệ thống

Để có thể sử lý bằng phương pháp này nước thải cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD ≥ 0,5 [11]

Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau Song nhìn chung có thể chia chúng thành ba loại chính: Phương pháp hiếu khí, phương pháp thiếu khí và phương pháp yếm khí.

1.3.3.1 Phương pháp hiếu khí

1.3.3.1.1 Nguyên tắc:

Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân hủy ra khỏi nguồn nước Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước

Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + Năng lượng

Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật Tế bào mới

Tế bào mới + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + NH3

Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 H2O + CO2 + NH3 + … Trong phương pháp hiếu khí amoniac cũng được loại bỏ bằng oxy hóa nhờ vi sinh tự dưỡng ( quá trình nitrit hóa )

2 NH4+ + 3 O2 Nitrosomonas 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O + Năng lượng

2 NO2- + O2 Nitrobacter 2 NO3- Tổng cộng: NH4+ + 2 O2 Vi sinh NO3- + 2 H+ + H2O + Năng lượng

( giảm pH )

Điều kiện thích hợp cho quá trình là: pH= 5,5 - 9,0, oxy hòa tan lớn hơn hoặc bằng 4 mg/l, nhiệt độ 5-400C [11]

1.3.3.1.2 Kỹ thuật xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí

a Kỹ thuật xử lý trong các bể aroten

Đây là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp thực phẩm Theo cách này, nước thải sau khi thu gom được đưa qua bộ phận chắn rác, chất rắn được lắng, bùn được tiêu hủy và làm khô Quá trình có thể hồi lưu (bùn hoạt tính xoay vòng) làm tăng khả năng loại BOD (đến 85-90%), loại N (đến 40-50%) và loại coliform (60-90%) [11]

Hình 1.2 Sơ đồ dây truyền công nghệ xử lý nước thải bằng kỹ thuật bùn hoạt tính

b Kỹ thuật xử lý lọc sinh học

Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên vật liệu lọc (môi trường lọc) Thường nước thải được tưới từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá hoặc các vật liệu khác nhau Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ thống cùng với nước thải Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hai lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài Do đó quá trình lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu – yếm khí [11]

Dòng vào

Dòng raBơm

Màng

Hình 1.3 Hình minh họa màng đặt ngập trong bể phản ứng

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp lọc sinh học

Đây là một loại hồ chứa nước thải trong nhiều ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ, oxy được tạo ra qua hoạt động tự nhiên của tảo trong hồ Cơ chế xử lý trong hồ ổn định chất thải bao gồm cả hai quá trình hiếu khí và kị khí Hai loại hồ ổn định nước thải thường được sử dụng nhiều nhất, đó là:

- Hồ ổn định chất thải hiếu khí Là loại hồ cạn cỡ 0,3-0,5m được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất để tảo phát triển, hoạt động quang hợp để tạo oxi Điều kiện thông khí bảo đảm từ mặt đến đáy hồ

- Hồ ổn định chất thải kị khí Là loại hồ sâu không cần oxi hòa tan cho hoạt động của vi sinh Ở đây các loài vi sinh kị khí và tùy nghi dùng oxi từ các hợp chất như nitrat, sulfat để oxi hóa chất hữu cơ thành metan và CO2 Các loại hồ này có khả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và không cần quá trình quang hợp tảo Hồ ổn định chất thải tùy nghi là loại hồ hoạt động theo cả quá trình hiếu khí và kị khí Hồ thường sâu khoảng 1-2m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi Ban ngày khi có ánh sáng mặt trời quá trình chính xảy ra trong hồ là hiếu khí Ban đêm và ở lớp đáy hồ quá trình chính là kị khí

1.3.3.2 Các phương pháp thiếu khí ( anoxic )

Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrat hóa sẽ xảy ra Oxy được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành

NO3- vi sinh NO2- + O2 Chất hữu cơ + O2 N2 + CO2 + H2O Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrat hóa sẽ xảy ra khi không tiếp tục thông khí Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrat sẽ xảy ra Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí (khử nitrat hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải

1.3.3.3 Các phương pháp kỵ khí

Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí

Để xử lý nước thải người ta sử dụng quá trình lên men khí metan Quá trình lên men khí metan gồm hai pha:

- Trong pha axit: các vi khuẩn tạo axit (bao gồm các vi khuẩn tùy tiện, vi khuẩn yếm khí) hóa lỏng các chất rắn hữu cơ sau đó lên men các chất hữu cơ phức tạp đó tạo thành các axit bậc thấp như axit béo, cồn, axit amin, amoniac, glyxerin, axeton, dihyrosunfua, CO2, H2

- Trong pha kiềm: các vi khuẩn tạo metan chỉ gồm các vi khuẩn yếm khí chuyển hóa các sản phẩm trung gian trên tạo thành CH4 và CO2 Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH Độ pH tối ưu cho quá trình này là từ 6,5-7,5 [11] Thí dụ về sự lên men metan hóa:

CH3COOH Methanosarcina CH4 + CO2

2 CH2(CH2)COOH M suboxydans CH4+2CH3COOH +C2H5COOH+2H2O+CO2Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn chính như sau:

• Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử

• Tạo nên các axit

• Tạo metan

Giai đoạn I

Thủy phân và lên men

Giai đoạn IITạo axid acetic, H2

Giai đoạn IIISinh CH4

Hình 1.5 Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí (Mc Cathy, 1981)

Ba nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình là nhóm vi sinh vật thủy phân

chất hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo axit bao gồm các loài Clostridium sp., Peptococcus

anaerobus, Bifidobacterium sp., Desulphovibrio sp., Corynebacterium sp.,

Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus, Escherichia coli, và nhóm vi sinh vật

sinh metan gồm các loài dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina).

Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm và chất thải từ chuồng trại chăn nuôi, phân rác

1.4 Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý Nitơ bằng phương pháp sinh học

Ở Việt Nam, việc xử lý loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P) trong nhiều loại nước thải trước khi xả thải là nhằm hạn chế sự ô nhiễm nước ngầm, nước mặt Tác hại lớn nhất khi thải nước thải giàu N, P vào các vực nước mặt là hiện tượng phú dưỡng Hậu quả của phú dưỡng là kích thích sự phát triển mạnh các loài tảo, làm phá vỡ chuỗi thức

ăn ổn định của các hệ sinh thái thủy vực, gây ô nhiễm nước và bồi cạn các vực nước này

Đối với amoni, tiêu chuẩn thải của Việt Nam (QCVN 14 : 2008/ BTNMT) qui định giới hạn nồng độ NH4 -N trong nước thải sinh hoạt được phép thải vào các vực nước cho các mục đích sử dụng khác nhau từ 5-10 mg/l [13] Các hệ thống xử lý nước thải bậc 2 thông thường được thiết kế để loại các chất hữu cơ (đánh giá qua các thông

số BOD5, COD), và chỉ có hiệu quả loại nitơ một phần Do vậy, việc loại nitơ thường phải được tiến hành ở giai đoạn riêng tiếp theo Công nghệ sinh học truyền thống để xử

lý nitơ là dựa vào sự kết hợp của 2 giai đoạn nitrat hoá và khử nitrat

Chu trình nitơ được thực hiện thông qua các quá trình sau: quá trình cố định nitơ phân tử (N-fixation), quá trình amon hóa (Ammonification), quá trình tổng hợp (Synthesis), quá trình nitrat hóa (Nitrification), quá trình phản nitrat hóa

(Denitrification) [28, 35] Trong quá trình này vi sinh vật chuyển hóa đóng vai trò hết sức quan trọng

NO 3

-NO 2NO

Quá trình nitơrat hóa

Quá trình amoni hóa

Cố định Nitơ

Nitơ trong tế bào

Hình 1.6 Sự chuyển hóa Nitơ trong chu trình Nitơ

1.4.1 Quá trình cố định nitơ phân tử

Chu trình chuyển hóa nitơ bắt đầu bằng quá trình cố định nitơ phân tử Quá trình này chuyển hóa khí nitơ tạo thành các hợp chất nitơ mà thực vật có thể đồng hóa được

Cố định nitơ bằng quá trình sinh học là phổ biến nhất, nhưng cũng có thể được hình thành bởi sấm chớp và trong sản xuất công nghiệp [28] Việc cố định nitơ bằng sinh học được thực hiện bởi vi khuẩn sống tự do như vi khuẩn hiếu khí, vi hiếu khí, kỵ khí, vi khuẩn lam, tảo lam và thực vật bậc cao Quá trình này được xúc tác bởi hệ enzyme nitrogenase, sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các hợp chất chứa nitơ làm giàu cho đất

1.4.2 Quá trình Amoni hóa

Nitơ sau khi cố định được chuyển vào đất và nước, nhưng chúng không được thực vật sử dụng ngay mà phải thông qua quá trình khoáng hóa nhờ vi sinh vật Quá trình khoáng hóa (quá trình amon hóa) là quá trình phân giải các chất nitơ hữu cơ thành

dạng amoniac hoặc ion amoni với sự tham gia của các vi sinh vật như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc… Cơ chế của quá trình này được tiến hành như sau: các vi sinh vật

có chứa enzyme thủy phân ngoại bào thủy phân các hợp chất hữu cơ, protein thành các sản phẩm như: pepton, peptit, axit amin… Axit amin được tích lũy như một nguồn dinh dưỡng sau đó nhờ enzyme khử nội bào phân hủy thành ammoniac – sản phẩm của quá trình amon hóa

Quá trình amon hóa cũng được thực hiện với các chất không có nguồn gốc protein Nhiều loài vi sinh vật sử dụng ure làm nguồn nitơ, quá trình này được thực hiện nhờ enzyme urease trong điều kiện pH trung tính

NH2

O = C + 3 H2O 2NH4 + CO2 + 2OH

NH2

Quá trình phân giải protein có thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí

Trong điều kiện hiếu khí có sự tham gia của nhóm vi khuẩn Bacillus và Pseudomonas,

các xạ khuẩn và nấm sợi Trong điều kiện kỵ khí thì một số loài vi khuẩn thuộc giống

Clostridium tham gia vào quá trình này

1.4.3 Quá trình tổng hợp

Tổng hợp là cơ chế sinh hóa, trong đó các ion amoni và nitrat được chuyển thành dạng nito hữu cơ Cố định đạm là một hình thức duy nhất tổng hợp mà chỉ có thể được thực hiện bằng vi khuẩn cố định nitơ và tảo [28]

1.4.4 Quá trình Nitrit hoá

Quá trình nitrit hóa là quá trình oxy hóa amon thành nitrit với sự tham gia của

nhóm vi khuẩn nitrit hóa như Nitrosomonas, quá trình này được tiến hành theo phản

ứng sau:

2NH4+ + 3 O2 Nitrosomonas 2NO2- + 2H2O + 4H+ + sinh khối

Các vi sinh vật nitrit hóa sử dụng năng lượng từ phản ứng này để sinh trưởng và phát triển.

Một số chủng nitrit hóa đó là: Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrococcus,

Nitrosolobus tất cả đều thuộc nhóm vi khuẩn Gram (-), có cấu tạo tế bào hình que,

hình cầu, hình xoắn Chúng sinh trưởng và phát triển được ở nhiệt độ từ 5 – 400C và nhiệt độ tối ưu là 25 – 30oC [11] Sinh trưởng ở dải pH từ 5,0 – 9,0 [11], pH tối ưu là 7,5 Với pH < 7,0 quá trình phát triển của chúng bị chậm lại, nếu pH < 6,0 và > 9,0 thì hoạt tính nitrit sẽ giảm hoặc không xảy ra Bởi vậy trong canh trường thuần khiết chất đệm có vai trò rất quan trọng

1.4.5 Quá trình Nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa là qúa trình oxy hóa NO2- thành NO3- Quá trình này được tiến hành theo phản ứng sau:

NO2- + ½ O2 Nitrobacter NO3- + Sinh khối

Quá trình nitrat hóa được thực hiện chủ yếu bởi nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng Các vi khuẩn này hầu như đều thuộc nhóm vi khuẩn Gram(-), có cấu tạo tế bào hình que, hình cầu, hình quả lê chúng có khả năng sử dụng nitrit như một nguồn năng lượng và có khả năng đồng hóa CO2 qua chu trình Calvin – Benson như nguồn cacbon cho sinh trưởng Mỗi phân tử CO2 được cố định thì cần 100 phân tử NO2- bị oxy hóa Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng

Một số vi khuẩn nitrat được công nhận hiện nay là Nitrobacter, Nitrospira,

Nitrococcus, Nitrospina Thời gian nhân đôi tế bào của vi khuẩn này khoảng 12 – 13

giờ, hay 59 giờ thậm trí hơn 140 giờ tùy từng chủng vi khuẩn [8] Chúng là những vi khuẩn có tốc độ phát triển rất chậm pH thích hợp cho vi khuẩn nitrat hóa phát triển từ 7,5 – 8,0 Nhưng cũng có thể phát triển được trong khoảng pH 6,5 – 8,5 Dải nhiệt độ cho vi khuẩn này phát triển là từ 5 – 370C nhiệt độ tối ưu là 25 – 300C Vi khuẩn nitrat hóa có thể phát triển được trong điều kiện hạn chế oxy Nồng độ oxy cao và cường độ ánh sáng mạnh cũng ảnh hưởng tới tốc độ phát triển của một vài loài vi khuẩn nitrat

hóa Các chủng vi khuẩn Nitrobacter có thể phát triển được trong môi trường tạp dưỡng hoặc dị dưỡng Nhưng những chủng Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina lại

không có khả năng phát triển được trên môi trường dị dưỡng

1.4.6 Quá trình phản Nitrat hoá

Quá trình phản nitrat hóa là quá trình khử nitrat hoặc nitrit thành NO, N2O hoặc nitơ phân tử Quá trình này chỉ diễn ra trong điều kiện kỵ khí dưới sự tác động của hệ enzyme reductase Các vi khuẩn có thể sử dụng nitrat như là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi hô hấp và năng lượng thoát ra dùng để tổng hợp ATP Quá trình phản nitrat hóa tạo ra các sản phẩm trung gian như NO và NO2 ở dạng khí Sơ đồ chung của quá trình phản nitrat hóa:

NO3- Nitratereductase NO2- Nitritereductases NO Nitrieoxidereductase N2O Nitrousoxidereductase N2

Vi khuẩn phản nitrat hóa phần lớn là các vi khuẩn dị dưỡng yếm khí tùy tiện:

Pesudommonas, Bacterium, Nitrococcus, Achromobacter, Bacillus Trong môi

trường đủ oxy, các vi khuẩn này oxy hóa các hợp chất hữu cơ giống như các vi khuẩn hiếu khí bình thường Khi môi trường thiếu oxy chúng mới tiến hành khử nitrat dưới tác động của các enzyme Nitritreductase và Nitratreductase Sự có mặt của oxy sẽ ức chế hoạt động của enzyme này và dẫn đến kìm hãm quá trình phản nitrat hóa

Dải nhiệt độ cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn này là 5 - 600C nhiệt

độ tối ưu là 25 – 300C Khi nhiệt độ giảm xuống dưới 50C thì tốc độ phản nitrat giảm nhanh xuống và dừng lại hoàn toàn ở 0 – 20C

Việc loại bỏ hoàn toàn nitơ liên kết ra khỏi nước cần phải kết hợp cả quá trình nitrat hóa và quá trình phản nitrat hóa Quá trình này đang được ứng dụng nhiều trên thế giới trong xử lý nước mặt giúp tránh gây ra hiện tượng phú dưỡng

1.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng các phương pháp sinh học xử lý hợp chất hữu cơ chứa nitơ trong xử lý nuớc thải

Các quá trình sinh học áp dụng cho hợp chất chứa nitơ trong xử lý nước thải đô thị ở Việt Nam:

- Xử lý kỵ khí: với bể phân hủy kỵ khí, hệ thống UASB

- Xử lý hiếu khí: bùn hoạt tính, lọc nhỏ giọt, màng lọc sinh học

- Hệ thống tự nhiên: ao hồ ổn định, cánh đồng ngập nước

Thông thường các giai đoạn xử lý kỵ khí phải đứng trước xử lý hiếu khí nhằm giảm tải trọng chất hữu cơ và dinh dưỡng để có thể cho nước thải đạt yêu cầu chất lượng thải ra sông hồ

Hình 1.7 Quá trình nitrat và phản nitrat hóa trong hệ thống xử lý nước thải (Gold et

al 1989)

1.5.1 Xử lý nitơ bằng bùn hoạt tính.

Loại bỏ các hợp chất hữu cơ là việc rất quan trọng, khi lượng amoni và mức nitrit/nitrat vượt qúa sẽ có hại đối với chất lượng nước Amoni tạo ra một nhu cầu về oxy trong môi trường nước, cần phải có 4,5 gram oxy để oxy hoá 01 gram amoni [2] Nitrit rất độc đối với đời sống thủy sinh và có thể gây ra chứng giảm khả năng vận chuyển oxy của máu trong sinh vật [28] Những yếu tố này yêu cầu một phương pháp hiệu quả để loại bỏ nitơ trong nước thải trước khi thải vào các hệ thống nước tự nhiên

Bể tử hoại

Nguồn Carbon

N2

Quá trình loại

bỏ nitơ

NH4+ Nitơ hữu cơ

NO3

-Quá trình Nitrat hóa

Quá trình phản Nitrat hóa

Trong một mẫu nước thải chưa xử lý, phần lớn thường là amoni và các nitơ hữu cơ các chất này bị oxy hoá thành nitrit và sau đó là nitrat trong môi trường Phương pháp thông thường để loại bỏ nitơ khỏi nước thải bắt đầu bằng cách oxy hoá amoni, nitrit/nitrat (quá trình nitơ hoá) và chấm dứt bằng cách chuyển hoá nitrit/nitrat thành khí nitơ (quá trình khử nitơ)

Quá trình nitơ hoá sinh học là một quá trình hai bước, bắt đầu bằng amoni được

chuyển thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas, sau đó nitrit bị oxy hoá thành nitrat do

vi khuẩn Nitrobacter [1,2] Những dòng vi khuẩn này là ví dụ điển hình trong quá

trình nitơ hoá Chúng có khả năng tự dưỡng trong tự nhiên và sử dụng nguồn CO2 làm nguồn cacbon trong tế bào của chúng Việc hấp thụ amoni như là nguồn nitơ sẽ cao hơn so với quần thể vi sinh tự nhiên có trong hệ thống xử lý nước thải Chúng có khả năng sử dụng các nguồn nitơ từ nitrit và nitrat cho việc hô hấp (khử nitơ) và để sinh trưởng Bởi vì sự nhạy cảm của quá trình này, do đó dựa vào bước nitơ hoá amoni để chuyển amoni thành nitrit bằng cách sử dụng vi khuẩn tự dưỡng, quá trình này đòi hỏi thời gian trung bình duy trì tế bào lâu, kéo dài đến vài ngày và nên đòi hỏi phương tiện lưu giữ lớn Vi khuẩn rất nhạy với nhiệt độ lạnh cũng như sự có mặt của các hoá chất độc trong hệ thống Tốc độ nitơ hoá chậm lại đáng kể khi thời tiết lạnh Nhiệt độ dưới

8oC có thể làm cho vi khuẩn ngừng tăng trưởng, nhiệt độ tối ưu là 30oC

Vi khuẩn phản nitrat hóa phần lớn là các vi khuẩn dị dưỡng yếm khí tùy tiện:

Pesudommonas, Bacterium, Nitrococcus, Achromobacter, Bacillus Trong môi trường

đủ oxy, các vi khuẩn này oxy hóa các hợp chất hữu cơ giống như các vi khuẩn hiếu khí bình thường Khi môi trường thiếu oxy chúng mới tiến hành khử nitrat dưới tác động của các enzyme Nitritreductase và Nitratreductase Sự có mặt của oxy sẽ ức chế hoạt động của enzyme này và dẫn đến kìm hãm quá trình phản nitrat hóa

Trong hệ thống aroten sử dụng bùn hoạt tính với sự có mặt của các loại vi khuẩn phân giải chất hữu cơ, vi khuẩn nitrat hóa và cả vi khuẩn phản nitrat hóa thì hiệu quả

xử lý nitơ phụ thuộc vào điều kiện vận hành Giai đoạn đầu là giai đoạn hiếu khí là giai

đoạn nitơ hữu cơ bị phân hủy để vào sinh khối tế bào, tạo NH4+ rồi chuyển sang dạng NO2- và NO3- Sau đó nước thải được đưa sang bể chứa một thời gian tạo điều kiện thiếu khí để phát huy hiệu quả khử nitrat của vi khuẩn.

1.5.2 Các công nghệ xử lý nitơ mới trên cơ sở ANAMMOX

Cơ chế của quá trình anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) là phản ứng oxy hóa kỵ khí amoni, trong đó amoni bị oxi hóa bởi nitrite để tạo thành nitơ tự do, không cần cung cấp chất hữu cơ cho quá trình phân hủy sinh học này [12]

Quá trình khử nitơ trong nước thải bằng hệ vi khuẩn Anammox có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

NO2- + NH4 → N2 + 2H2O

Hình 1.8 Quá trình khử nitơ truyền thống và quá trình Anammox.

Phản ứng anammox đã được xác nhận là sự oxy hoá amoni bởi nitrit, phản ứng hoá học đơn giản với tỷ lệ mol NH4+: NO2- = 1:1 như ở phương trình:

(Quá trình nitrat hóa bán phần) 2NH4 + 1.5O2 → NH4 + NO2- + H2O + 2H+

(anammox) NH4+ + NO2-→ N2 + 2H2O

(Tổng) 2NH4 + 1.5O2 → N2 + 3H2O + 2H+

Quá trình khử nitơ tự dưỡng Quá trình khử nitơ truyền thống

Cố định Nitơ

Trên cơ sở cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ liên tục (SBR) có tính đến sự sinh trưởng sinh khối, phản ứng anammox được xác định với các hệ số với tỷ lượng như sau (Strous và cộng sự, 1999):

NH4+ + 1.32NO2- + 0.066HCO3- + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26NO3- + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O

Trong đó, sự tạo thành lượng nhỏ nitrate từ nitrite được giả thiết là để sinh ra các đương lượng khử khi đồng hóa CO2 Phương trình này đã được chấp nhận rộng rãi cho phản ứng anammox khi tính toán và giải thích

Một trong các vấn đề là các vi khuẩn anammox sinh trưởng rất chậm (thời gian nhân đôi hơn 10 ngày), nên việc nuôi cấy, phân lập gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, nhờ vào kỹ thuật phân tích DNA, việc phát hiện trực tiếp trên mẫu bùn thải và định danh các vi khuẩn anammox đã được thực hiện thuận lợi

Một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn anammox được biết có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 20 đến 430C (tối ưu ở 400C), pH 6,4-8,3 (tối ưu pH 8,0) Ở điều kiện tối ưu, tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng cực đại là 55mol NH4 -N/g protein/phút

Ái lực với các cơ chất amoni và nitrit rất cao (hằng số ái lực dưới 10 mM)

Để áp dụng anammox vào xử lý nitơ (chủ yếu là nitơ amoni), về nguyên tắc hoặc là cần bổ sung nitrit vào, hoặc là chuyển hoá một nửa amoni ban đầu thành nitrit rồi chính nitrit sinh ra phản ứng với phần nửa amoni còn lại Hướng thứ hai chính là nguyên lý cho các ứng dụng thực tế của anammox Như vậy, các công nghệ xử lý nitơ mới sẽ bao gồm nitrit hoá bán phần theo sau là anammox

1.5.3 SHARON và quá trình kết hợp SHARON - Anammox

SHARON (Single reactor system for Hing-rate Ammonium Removal Over Nitrite) là công nghệ xử lý nitơ mới, là một lò phản ứng loại bỏ amoni tốc độ cao qua nitrrit Quá trình Sharon là hệ thống nitrat hóa phù hợp với nước thải có nồng độ amoni cao (> 0,5mg/l) Trong quá trình này, 50% amoni bị chuyển thành nitrat nhờ sự có mặt của oxy Tính kiềm của nước thải đủ để bù vào cho quá trình axit hóa (Jetten và cộng

sự, 1997) Quá trình Sharon chọn lọc cho các vi khuẩn oxi hóa amoni phát triển nhanh vượt qua vi khuẩn oxi hóa nitrat hóa:

NH4 + HCO3- + 0.75 O2 → 0.5 NO2- + CO2 + 1.5H2ODựa vào đặc điểm là ở nhiệt độ cao (trên 300C), các vi khuẩn oxy hoá amoni (AOB) sẽ sinh trưởng nhanh hơn các vi khuẩn oxy hoá nitrit (NOB), và vi khuẩn phản nitrit trong điều kiện thiếu oxy có khả năng chuyển nitrit thành khí nitơ Do sự khác biệt trong tỷ lệ tăng trưởng của các loài vi khuẩn ở nhiệt độ nên hệ thống này cần chọn thời gian lưu thủy lực (HRT) đủ ngắn và vận hành ở nhiệt độ cao để cho NOB bị rửa trôi khỏi bể phản ứng và quá trình oxy hoá amoni chỉ dừng ở nitrit Mehtanol được dùng làm nguồn carbon cho khử nitrit [31]

Bể phản ứng SHARON là một dạng bể điều nhiệt khuấy trộn đều, vận hành ở nhiệt độ 30 - 400C; pH từ 7,0 đến 8,0 và HRT 1,5 ngày Bể được vận hành theo các chu

kỳ 2 giờ gồm 80 phút hiếu khí (nitrit hoá) và 40 phút kỵ khí (khử nitrit)

Hình 1.10 Quá trình kết hợp SHARON - Anammox

Sau đó, SHARON đã được sử dụng chỉ với chức năng nitrit hoá để kết hợp với anammox thành một quá trình xử lý hai giai đoạn [24] So với hệ thống nitrit hoá - khử nitrat truyền thống, quá trình SHARON - Anammox tiết kiệm 50% nhu cầu oxy và 100% nhu cầu bổ sung nguồn carbon hữu cơ Ở quy mô thí nghiệm, hệ thống xử lý kết hợp này đã đạt được hiệu quả chuyển hoá 80% amoni thành khí nitơ với tải trọng 1,2 kg-N/m3/ngày Đến nay, đã có các trạm SHARON qui mô lớn xử lý nitơ trong nước tách ra từ phân hủy bùn kỵ khí được lắp đặt và vận hành ở châu Âu, ở Hà Lan như Utrecht (1997, 900 kg-N/ngày); Dokhaven-Rotterdam (1999, 850 kg-N/ngày), (Van Kempen et al,2004) Tất cả các trạm này đều sử dụng công nghệ nitrit hoá-khử nitrit

1.5.4 CANON

CANON (Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite) là quá trình loại nitơ hoàn toàn tự dưỡng qua nitrit [23] Đầu tiên, bể phản ứng kiểu SBR được nạp bùn anammox và vận hành ở điều kiện kỵ khí với nước thải tổng hợp chứa cả amoni và nitrit Sau đó, oxy được cung cấp ở nồng độ giới hạn để phát triển các vi khuẩn nitrit hoá với nước thải tổng hợp chỉ chứa amoni và không chứa nitrit Kết quả là khoảng 85% nitơ amoni được chuyển hoá thành khí nitơ và 15% còn lại thành nitrat Phân tích mẫu bùn CANON bằng kỹ thuật lai huỳnh quang tại chỗ (FISH - Fluorescence In Situ

Hybridisation) phát hiện sự có mặt của các vi khuẩn AOB thuộc chi Nitrosomonas và

vi khuẩn oxy hoá amoni kỵ khí tương tự planctomycete [31] Từ đó, cơ chế vận hành

của CANON được giả thiết là sự kết hợp phản ứng nitrit hoá bán phần và phản ứng anammox trong cùng một bể phản ứng Nghiên cứu chi tiết cho thấy rằng bùn CANON

đã tạo thành các hạt tập hợp và các vi khuẩn AOB phân bố phía bên ngoài, trong khi vi khuẩn anammox thì phân bố bên trong các hạt này Các hạt tập hợp có kích thước khác nhau có thành phần vi khuẩn AOB và anammox khác nhau

1.5.5 OLAND

OLAND (Oxygen-limited autotrophic nitrification–denitrification) cũng là một

hệ thống xử lý nitơ hoàn toàn tự dưỡng, có tên đầy đủ là hệ thống nitrat hoá - khử tự dưỡng trong điều kiện giới hạn oxy [26] Ban đầu, OLAND được phát triển trên hệ thống SBR (dung tích 4 lít), theo một con đường gần như ngược lại với CANON Bùn nitrat hoá hoạt tính (giàu AOB và NOB) được cấy vào bể SBR vận hành ở điều kiện giới hạn oxy và nạp nước thải tổng hợp chứa 1000mg NH4 -N/l (không có carbon hữu cơ) ở các tải trọng khác nhau Sau một thời gian, vi khuẩn NOB được phát hiện giảm dần (cỡ 107 lần ), sự mất nitơ dưới dạng khí N2 xuất hiện và tăng dần (4% với tải trọng 0,13kg - N/m3/d) Cơ chế loại nitơ được giả thiết do sự oxy hoá NH4 thành N2 bởi NO2- với một enzyme tương tự hydroxylamine oxidoreductase (HAO) của vi khuẩn nitrat hoá thông thường

1.5.6 Công nghệ bể USBF

Công nghệ lọc dòng ngược bùn sinh học USBF (Upflow Sludge Blanket Filter)

được thiết kế dựa trên trên mô hình động học xử lý BOD, nitrate hoá (nitrification) và khử nitrate hóa (denitrification) của Lawrence và McCarty Lần đầu tiên được giới thiệu ở Mỹ những năm 1900 sau đó được áp dụng ở châu âu từ 1998 trở lại đây Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới mô hình của Lawrence và McCarty được áp dụng kết hợp trên nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm của mỗi nước Công nghệ này chưa được sử dụng ở Việt Nam, mặc dù công nghệ bùn hoạt tính đã được sử dụng như một công nghệ kinh điển trong công tác xử lý nước thải phổ biến ở nước ta

Mô hình được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình nitrat hoá/khử nitrat và quá trình loại bỏ dinh dưỡng (N và P) Nước thải được loại bỏ rắn, sau đó được bơm vào mương chảy tràn thu nước đầu vào cùng trộn lẫn với dòng tuần hoàn bùn Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính chảy vào ngăn thiếu khí Ngăn này có vai trò như là ngăn chọn lọc thiếu khí (Anoxic Selector) thực hiện hai cơ chế chọn lọc động học (Kinetic Selection) và chọn lọc trao đổi chất (Metabolism Selection) để làm tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông nhằm tăng cường hoạt tính của bông bùn và kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt Quá trình loại bỏ C, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này Sau đó,

nước thải chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưới đáy ngăn USBF Ở đây oxy được cung cấp nhờ các ống cung cấp khí qua một máy bơm Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF và di chuyển từ dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng Đây chính là công đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học của chính khối bùn hoạt tính Phần nước trong đã được xử

lý phía trên chảy tràn vào mương thu nước đầu ra Một phần hỗn hợp nước thải và bùn trong ngăn này được tuần hoàn trở lại ngăn thiếu khí

1.5.7 Công nghệ xử lý nitơ trong nước thải bằng MBR

Công nghệ xử lý nước thải bằng màng MBR (Membrance Bioreactor) đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Hoa Kỳ và một số nước phát triển, nhưng ở Việt Nam công nghệ này mới đang được nghiên cứu

Việt Nam vừa thành công trong nghiên cứu dùng bể sinh học màng vi lọc (MBR) để xử lý nitơ, amonia trong nước thải Chiếc bể này được thiết kế như một chiếc bể lắng bùn hoạt tính thông thường nhưng bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được kết hợp với công nghệ lọc màng nhằm tách hai pha rắn lỏng ở đầu ra [7] Vì thế, nồng

độ bùn duy trì được rất cao, thời gian lưu bùn kéo dài để đạt hiệu quả tối ưu trong việc khử nitơ và amoni

Hệ thống bể sinh học MBR theo thiết kế có 2 kiểu: kiểu đặt ngập màng MBR vào trong bể và kiểu đặt ngoài Với kiểu đặt ngập, màng MBR hoạt động bằng cách hút hoặc dùng áp lực; với kiểu đặt ngoài, màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao

Bể sinh học màng MBR có thể phù hợp để xử lý rất nhiều loại nước thải khác nhau như nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải nhà máy, nước rỉ rác, nước thải thủy hải sản

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Nguyên liệu

2.1.1 Vi sinh vật

Chủng vi sinh vật phân lập từ đất, nguồn nước thải sinh hoạt, nước mặt, nước thải của nhà máy sản xuất thực phẩm và bùn hoạt tính của hệ thống xử lý nước thải và được giữ giống trên môi trường thạch nghiêng, thực hiện tại phòng thí nghiệm sinh học

- Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Bùn được sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt được lấy từ các bể sinh học hiếu khí đã vận hành ổn định ở các hệ thống xử lý nước thải có tính chất tương tự

Các thiết bị để nuôi cấy và giữ giống: Tủ cấy, tủ nuôi, tủ lạnh, máy lắc

Kính hiển vi quang học Olimpus Nhật

Cân điện tử Adam Anh

Máy đo quang Lamda 35 (Perkilermer)

Máy ly tâm Heititech Đức

Máy đo pH Eutech 1500

Máy thổi khí và đo DO

Máy phá mẫu Hach

Bộ phá mẫu và chưng cất Kjeldahl

Bộ xác định BOD (Oxitop)

Ngoài ra còn các dụng cụ khác như: Micropipet, pipet thuỷ tinh, bình tam giác các loại, ống nghiệm, cốc thuỷ tinh, ống đong

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp phân lập vi khuẩn

Chúng tôi sử dụng phương pháp truyền thống trong phân lập vi khuẩn

Các vi khuẩn nitrat thường được phân lập từ môi trường đất hoặc nước, việc phân lập các chủng vi khuẩn này tương đối khó khăn, các hóa chất sử dụng cho quá trình phân lập có độ tinh khiết cao Để tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển môi trường sử dụng cho phân lập là môi trường Winogradsky I và II, thành phần như sau:

Bảng 2.1 Thành phần môi trường phân lập vi khuẩn nitrate hóa

Trong quá trình phân lập vi khuẩn nitrit người ta nuôi cấy đất hoặc nước vào môi trường dịch thể Winogradsky I, nuôi tăng sinh ở 300C trong 120h, sau đó lấy một giọt môi trường ở đáy cấy truyền sang bình khác Làm như vậy 2 đến 3 lần Pha loãng mẫu và lấy 0,1 ml cấy trang đều lên môi trường Winogradsky thạch aga để phân lập vi khuẩn Nuôi ở nhiệt độ 30oC trong thời gian 48h - 240h Lựa chọn những khuẩn lạc có hình thái khác nhau, cấy ria lên môi trường thạch mới Làm như vậy từ 3-4 lần để thu

được vi khuẩn thuần khiết Cuối cùng cấy truyền vào ống thạch nghiêng, sau đó bảo quản lạnh 40C để thực hiện cho việc nghiên cứu tiếp theo.

2.2.2 Phương pháp xác định khả năng sinh trưởng của vi sinh vật

2.2.2.1 Phương pháp đo độ đục (OD)

Sinh trưởng được theo dõi bằng phương pháp đo mật độ tế bào với bước sóng

620 nm trên máy so màu Kết quả OD cho ta biết độ đục của canh trường nuôi cấy vi sinh Dùng phương pháp này cho phép ta so sánh được lượng sinh khối giữa các dịch canh trường Đây là phương pháp đơn giản, cho kết quả nhanh nhưng kết quả chỉ mang tính so sánh giữa các mẫu có môi trường tương tự nhau

2.2.2.2 Xác định số lượng tế bào bằng phương pháp pha loãng tới hạn và nuôi cấy trên môi trường thạch

Mẫu cần xác định số lượng được lắc đều dùng pipet vô trùng hút 1ml dịch chứa

vi sinh vật cho vào ống chứa 9 ml dung dịch muối sinh lý (NaCl = 0,85%) vô trùng, trộn đều

Hút tiếp 1 ml dịch ở ống nghiệm trên cho vào ống nghiệm thứ hai cũng đựng 9

ml dịch nước muối sinh lý

Mỗi lần hút truyền sang ống nghiệm là ta đã pha loãng 10 lần, để chính xác thay đầu pipét sau mỗi lần pha loãng Pha loãng đến nồng độ thích hợp tuỳ theo mật độ vi sinh vật ở mẫu

Sau khi pha loãng hút 0,1 ml dịch pha loãng ở nồng độ thích hợp cho vào đĩa môi trường thạch tương ứng Để chính xác ở mỗi nồng độ nên gạt 3 đĩa để đếm số khuẩn lạc Dùng que gạt vô trùng gạt đều trên bề mặt thạch

Hình 2.1 Quá trình tạo dãy pha loãng mẫu

Nuôi cấy ở nhiệt độ thích hợp và theo dõi trong vòng từ 24 ÷ 72 h

Đếm số lượng khuẩn lạc vi khuẩn trên từng đĩa và tính theo công thức:

CFU/ml(g) = a.K / VTrong đó:

CFU- Conoly forming unit

a: Số khuẩn lạc trung bình xuất hiện trên các đĩa thạch có cùng độ pha loãng.V: Thể tích dịch pha loãng được cấy gạt trên mặt thạch

K: Độ pha loãng của dịch được nuôi cấy

Số lượng khuẩn lạc được đếm ở một số nồng độ khác nhau và có số đĩa lặp lại (ít nhất 3 đĩa) để tăng độ chính xác

2.2.3 Phương pháp xác định hoạt tính của vi sinh vật

Dịch môi trường sau khi nuôi cấy đem ly tâm 9000vòng/phút/15phút Lấy phần dịch trong để xác định hoạt tính nitrat hoá của vi khuẩn

phân tử.

Nguyên tắc:

NO2- được xác định qua hợp chất azo mầu đỏ hồng được tạo thành tại pH từ 2 đến 2,5 bằng cách kết hợp sulfanilamide (NH2C6H4SO2NH2) với N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride (NED dihydrochloride) (C12H16Cl2N2) Đo độ hấp thụ

Dung dịch nitrit chuẩn

Dung dịch nitrit chuẩn 1 mg/l được pha từ dung dịch gốc có nồng độ 1000 mg/l Dung dịch chuẩn được pha trước khi sử dụng

Cách tiến hành

Dựng đường chuẩn

Lấy vào bình định mức 25 ml lần lượt các thể tích 0; 1; 2; 5; 10 ml dung dịch nitrit chuẩn làm việc 1 mg/l rồi định mức bằng nước cất đến vạch

Thêm vào mỗi bình 1 ml thuốc thử NED rồi lắc đều

Để ổn định màu sau 10 phút rồi so màu trên máy UV-VIS ở bước sóng 543 nm

Phần mẫu thử

Thể tích phần mẫu thử lớn nhất là 25 ml Lượng mẫu này thích hợp cho việc xác định nồng độ nitrit tới ρ = 0,4 mg/l Phần mẫu thử nhỏ hơn có thể được sử dụng để xác định nitrit có nồng độ cao hơn Nếu mẫu thí nghiệm có chứa các chất lơ lửng, thì phải lọc qua màng lọc 0,47 µm hoặc ly tâm trước khi lấy phần mẫu để thử

Xác định

Dùng pipet chuyển phần mẫu thử được lấy vào bình định mức dung dịch 25 ml Định mức đến vạch rồi thêm 1 ml thuốc thử NED, lắc đều dung dịch.

Để mẫu ổn định mầu sau 10 phút, đo độ hấp thụ của dung dịch ở bước sóng 543

nm với cuvét có chiều dài đường quang 10 mm

Nguyên tắc

NO3- bị khử gần như hoàn toàn thành NO2- với sự có mặt của Cd Cd trước khi

sử dụng cần được xử lý bằng CuSO4 và nhồi vào cột

NO2- sau đó được xác định bằng cách diazo hóa bằng axit sunfanilamide và cho kết hợp với N-(1-naphthyl)-ethylendiamin dihydrochloride để tạo thành hợp chất azo

có màu hồng đo bằng máy so màu Để loại trừ ảnh hưởng của sự có mặt NO2--Ncó sẵn trong mẫu cần tiến hành phân tích không qua công đoạn khử bằng Cd Khoảng xác định của phương pháp là từ 0,01 đến 1,0 mg NO3-/l Phương pháp này đặc biệt thích hợp khi hàm lượng NO3--N trong mẫu phân tích nhỏ hơn 0,1 mg/l

Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm

Cột khử: cấu tạo gồm 2 phần:

- Pipet bầu 20ml (đã bỏ phần đoạn ồng ở trên bầu)

- Phần ống nhựa gằn vào pipet có lắp thêm bộ phận điều chỉnh tốc độ ở cuối ống.

Máy so mầu bước sóng 543 nm

Hóa chất

Hạt Cu-Cd

Rửa 25g Cd (hạt) bằng HCl 6N rồi tráng lại bằng nước Thêm 100ml dung dịch CuSO4 2% và khuấy trong 5 phút đến khi mầu xanh của dung dịch nhạt đi Gạn bỏ dung dịch rồi lặp lại (tiếp tục cho dung dịch CuSO4 rồi khuấy) đến khi xuất hiện kết tủa dạng keo màu nâu Rửa lại bằng nước để loại bỏ kết tủa Cu

Hóa chất

- Dung dịch NH4Cl – EDTA (A): hòa tan 13 g NH4Cl và 1,7 g EDTA trong 900

ml nước Điều chỉnh pH của dung dịch đến 8,5 bằng dung dịch NH4OH rồi định mức đến 1000ml

- Dung dịch NH4Cl – EDTA (B): lấy 300 ml dung dịch A, thêm nước cất thành

+ Dung dịch nitrat chuẩn gốc: Sấy khô muối KNO3 ở nhiệt độ 1050C trong 24 giờ Hòa tan 0,7218 g trong nước định mức thành 1000 ml, thêm 2 ml CHCl3 để bảo quản; 1 ml = 100 µg NO3--N Dung dịch ổn định ít nhất 6 tháng.

+ Dung dịch nitrat làm việc: Pha loãng 100 ml dung dịch nitrat gốc thành 1000

ml với nước cất, bảo quản bằng 2 ml CHCl3; 1ml = 10µg NO3--N Dung dịch ổn định trong 6 tháng

- Các dung dịch hóa chất phân tích NO2-- N

Phương pháp

Chuẩn bị cột khử

Nhồi một ít sợi thủy tinh vào đáy cột rồi đổ đầy nước vào cột Trong khi giữ cột đầy nước cho hạt Cu-Cd vào cột với chiều dài phần chứa hạt Cu-Cd là khoảng 18,5 cm Luôn giữ một mực nước phía trên cột để tránh bọt khí trong cột Rửa cột bằng 200ml dung dịch B (NH4Cl - EDTA loãng) Hoạt hóa cột bằng cách cho chảy qua ít nhất 100ml dung dịch hỗn hợp 25% dung dịch chuẩn 1mg NO3--N/l và 75% dung dịch NH4Cl - EDTA (dung dịch A) với tốc độ 7 ÷ 10 ml/phút

Xử lý mẫu và phân tích

- Loại bỏ cặn lơ lửng bằng cách lọc mẫu qua giấy lọc 0,45µm

- Điều chỉnh để pH = 7 ÷ 9 bằng HCl hoặc NaOH (để đảm bảo có pH khoảng 8,5 khi thêm dung dịch NH4Cl – EDTA)

- Khử mẫu: lấy 25ml mẫu (hoặc mẫu đã được pha loãng thành 25ml), thêm 75ml dung dịch NH4Cl – EDTA (A) rồi trộn đều Cho hỗn hợp mẫu chảy qua cột với tốc độ 7 ÷ 10 ml/phút Bỏ qua phần dung dịch ban đầu, thu 25ml phần dung dịch sau vào bình định mức

- Trong vòng 15 phút sau khi thu được mẫu, cho 1ml thuốc thử phân tích rồi đo trên máy so mầu ở bước sóng 543nm sau 10 phút nhưng không lâu hơn 2 giờ

Lưu ý: Khụng cần phải rửa cột giữa cỏc mẫu khỏc nhau Trong trường hợp khụng dựng cột ngay trong vài giờ hoặc lõu hơn, lấy 50ml dung dịch NH4Cl - EDTA (A) cho chạy qua cột một phần, một phần giữ lại ở trong cột, khụng để cột bị khụ

Lập đường chuẩn

Sử dụng dung dịch nitrat làm việc để chuẩn bị cỏc điểm dung dịch chuẩn trong khoảng 0,05 đến 1,0 mgNO3--N/l bằng cỏch lấy cỏc thể tớch 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 (ml) vào bỡnh định mức 100ml rồi định mức đến vạch Tiến hành khử rồi so màu mẫu chuẩn chớnh xỏc như làm với mẫu

Tớnh toỏn kết quả

Xõy dựng đường chuẩn, dựa vào đường chuẩn tớnh ra hàm lượng NO2--N trong mẫu khử Nếu như NO2--N khụng được tỏch ra khỏi mẫu trước khi phõn tớch thỡ kết quả thu được là tổng hàm lượng của N- NO2- và N-NO3 - Để xỏc định riờng nồng độ N-NO3- cần xỏc định nồng độ N-NO2- trong mẫu trước rồi trừ đi giỏ trị này

2.2.4 Một số phương phỏp xỏc định cỏc thụng số mụi trường nước

2.2.4.1 Xỏc định pH

Nồng độ pH được xỏc định bằng mỏy đo pH

2.2.4.2 Xỏc định nồng độ oxy hoà tan (DO)

Nồng độ oxy hoà tan được xỏc định bằng mỏy đo DO (Insitu - Mỹ)

2.2.4.3 Phương phỏp xỏc định nhu cầu oxy hoỏ học (COD).

Nhu cầu oxy hóa học của nớc là lợng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong nớc bằng chất oxy hóa mạnh:

Chất hữu cơ + O2→ CO2 + H2O

Nguyên tắc

Đun mẫu thử với lợng kali dicromat đã biết trớc (có mặt của thủy ngân (II) sunfat và xúc tác bạc sunfat) trong axit sufuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quá trình đó một phần dicromat

bị khử do sự có mặt các chất có khả năng bị oxy hóa Chuẩn độ