Hoàn thiện thiết bị lọc nước khử nitơ liên kết trong nước ăn uống

Hoàn thiện thiết bị lọc nước khử nitơ liên kết trong nước ăn uống

Lời cảm ơn

Thực tập tốt nghiệp đợc thực hiện tại phòng Quang Sinh Học Viện Công –

Nghệ Sinh Học Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam –

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Đỗ Thị Tố Uyên, PGS TSKH Trần Văn Nhị

và tập thể các cán bộ nghiên cứu phòng Quang Sinh Học

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Đạo và các thầy, cô khoa Công Nghệ Sinh Học Viện Đại Học Mở Hà Nội–

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của gia đình và bạn bè trong thời gian vừa qua đã giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành báo cáo này

Hà nội, ngày 29 tháng 3 năm 2007

Sinh viên

Trần Quốc Tuấn

3.1 Cơ sỏ lý thuyết của phơng pháp sinh học

3.2Các phơng pháp sinh học loại bỏ nitơ liên kết

Phần II : Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu

I Vật liệu

1 Đối tợng nghiên cứu

2 Dụng cụ và hoá chất

II Phơng pháp nghiên cứu

1 Phơng pháp xác định hàm lợng NH4+

2 Phơng pháp xác định hàm lợng NO2

3Phơng pháp xác định hàm lợng NO3

Phần III Kết quả nghiên cứu

I Những cải tiến mới

II Cấu tạo của thiết bị NIREF

III Lắp đặt thực tế

IV Kết quả đạt đợc

Mở đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội, sự phát triển của ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải … và sự gia tăng dân số là những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trờng nhất là môi trờng nớc Sự ô nhiễm

môi trờng này ảnh hởng trực tiếp đến sức khoẻ cộng đồng và tác hại đến

hệ sinh thái Vì vậy vấn đề giám sát và quản lý môi trờng và xử lý làm sạch môi trờng đợc đặc biệt chú trọng và đợc xem là một trong những nhiệm

vụ cấp bách hàng đầu của các Quốc gia trên thế giới

- Việt nam có nguồn tài nguyên nớc dồi dào nhng sự suy giảm chất

lợng nớc mặt và nớc ngầm đang gia tăng ở nhiều nơi Nguyên nhân của

hiện tợng này là do sự ô nhiễm môi tròng do một lợng lớn phế thải sản

xuất, sinh hoạt trực tiếp cho ra môi trờng mà không qua xử lý Các nguồn nớc thải loại này có hàm lợng các hợp chất hữu cơ chứa nitơ rất cao Các chất này

đợc vi sinh vật phân huỷ tạo thành các sản phẩm trung gian nh: NH4+ , NO2- ,

NO3- đợc gọi chung là nitơ liên kết

- Sự lạm dụng quá nhiều phân đạm hoá học trong sản xuất nông nghiệp cũng

là nguyên nhân làm gia tăng hàm lợng nitơ liên kết trong các tầng nớc mặt và nớc ngầm Nguồn nớc này đợc các nhà máy nớc và các hộ gia đình khai thác

để sử dụng làm nớc sinh hoạt (kể cả cho mục đích ăn uống) đã ảnh hởng rất lớn đến sức khoẻ cộng đồng, đặc biệt là trẻ em và phụ nữ mang thai

- Hiện nay, nhiều phơng pháp và quy trình xử lý phù hợp với từng nguồn nớc thải khác nhau đang đợc áp dụng rộng rãi nh : Phơng pháp cơ

học,hoá học, phơng pháp sinh học Do có những u việt hơn hẳn so với các phơng pháp khác, phơng pháp sinh học ngày càng đợc áp dụng rộng rãi Trong các phơng pháp sinh học, xử lý nớc thải bằng vi sinh vật là phơng pháp dễ tiến hành, thiết bị đơn giản có hiệu quả cao nhờ vi sinh vật có khả năng tự điều chỉnh có thể sử dụng và chuyển hoá nhiều loại hợp chất hữucơ độc hại thành sản phẩm vô hại

- Gần đây việc xử lý nitơ liên kết trong nguồn nớc sinh hoạt trong những năm gần đây rất đợc chú trọng, đã có nhiều công trình nghiên cứu và có kết quả rất khả quan Tại Viện Công Nghệ Sinh Học đã chế tạo thành công thiết bị khử nitơ liên kết trong nớc ăn uống bằng kỹ thuật sinh học Mặc dù

đang đợc áp dụng vào thực tế cuộc sống nhng việc hoàn thiện công nghệ

và tối u hoá cấu tạo thiết bị còn phải đợc tiếp tục Do đó chúng tôi đã tiến

hành nghiên cứu : “Hoàn thiện thiết bị lọc nớckhử nitơ liên kết trong

nớc ăn uống "

PHầN 1: TổNG QUAN TàI LIệU

I Sự ô nhiễm các nguồn nớc

1 Đặc điểm và phân loại nớc thải

- Nớc là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá, là nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật Không có nớc cuộc sống của con ngời trên trái đất không tồn tại

đợc.Nhng nguồn nớc cấp cho mọi nhu cầu sinh hoạt và giải trí … cho

con ngời chỉ có hạn Lợng nớc ngọt có thể sử dụng đợc chỉ chiếm

khoảng 0.26% lợng nớc toàn trái đất, trong số đó chỉ có 1/3 lợng nớc

này có khả năng sử dụng cho mục tiêu sản xuất nớc sạch Trong vài thập kỷ gần đây, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm thay đổi nền kinh tế và

đời sống con ngời đợc nâng cao, bên cạnh đó cũng làm suy thoái và cạn kiệt các nguồn nớc cấp cho sinh hoạt.Phần lớn lợng phế thải công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt của con ngời xả trực tiếp vào các nguồn nớc không qua xử lý đã gây ra ô nhiễm nặng

- Có ba loại nớc thải chủ yếu

+ Nứơc thải sinh hoạt : là loại phổ biến, có nguồn gốc từ những sinh hoạt khác nhau của con ngời, từ các bệnh viện, hàng ăn và các chất thải củacon ngời … Nớc thải loại này chứa hàm lợng các chất hữu cơ rất cao

+ Nớc thải công nghiệp: là loại chứa nhiều chất vô cơ, kim loại, hữu cơ… Điều quan trọng là chúng thờng chứa nhiều chất gây độc đối vối sinh vật Loại nớc thải này có nguồn gốc từ những nhà máy, những sản phẩm thừa,

cũ, hỏng hoặc không thể sử dụng đợc và chất thải độc hại từ các quá trình sản xuất công nghiệp

2 Các hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ có trong nớc thải thờng đợc chia làm hai loại :Loại khóphân huỷ và loại dễ phân huỷ Lợng hữu cơ dễ phân huỷ đợc đánh giá theo chỉ số nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD5) là lợng oxy tiêu tốn nhờ vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nớc trong thời gian 5 ngày ở 20oC COD: nhu cầu oxy hoá học dùng để oxy hoá toàn

bộ chất hữu cơ và các gốc khử có trong nớc thải Do vậy tỉ số COD/BOD luôn lớn hơn 1

3 Các hợp chất vô cơ

Các hợp chất vô cơ có nồng độ khá cao trong nớc thải khu dân c nh Cl-,

SO42- , PO43- , Na+, K+ và trong nứơc thải công nghiệp nh kim loại có độc tính cao nh: Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr

- Nớc thải còn chứa nhiều hợp chất vô cơ chứa nitơ nh: NH4+, NO3-, NO2-…Trong hệ thuỷ sinh các hợp chất hữu cơ này tăng cờng sinh trởng, nhiều loài rong tảo phát triển và sự tích tụ rồi phân huỷ sinh khối của chúng gây ô nhiễm môi trờng nuôi

- Sự ô nhiễm nitơ liên kết nguồn nớc mặt do phế thải sinh hoạt và sản xuất đã tác động trực tiếp đến chất lợng nguồn nớc ngầm Tại Hà Nội, kết quả báo cáo chất lợng nớc của Bộ xây dựng, Công ty t vấn cấp thoát nớc và môi trờng Việt Nam cho chất lợng nhiều nguồn nớc ngầm ngày càng bị suy giảm nghiêm trọng.Nớc từ nhiều nhà máy nớc chứa một hàm lợng NH4+ lớn nh nhà máy nớcPháp Vân hàm lợng NH4+ lên đến 60 mg/l, nhà máy nớc Tơng Mai là 30 mg/l

và nhà máy nớc Yên Phụ là 20 mg/l ( 9 )

- Amoni(NH4+)thực ra không qúa độc đối với con ngời nh đối với nhiều thuỷ

động vật nhng trong quá trình khai thác, xử lý, lu trữ chúng bị

chuyển hoá thành nitrit Hàm lợng nitrit cao trong nớc uống sẽ gây bệnh đờnghô hấp ( methemoglobinemia (bệnh xanh da)) ở trẻ em NO2- có thể kết hợp với axit amincó trong thức ăn để tạo ra hợp chất nitrosamin sản phẩm này có thể gây bệnh ung th cho con ngời, vì vậy ngời ta đã tìm nhiều biện pháp loại

bỏ các hợp chất chứa nitơ trong nớc sinh hoạt

Để loại bỏ hợp chất nitơ, ngời ta có thể sủ dụng nhiều phơng pháp nh phơng pháp lý học, phơng pháp hoá học, sinh học Chúng có những u nhợc điểm riêng và phạm vi ứng dụng cũng khác nhau.

1 Phơng pháp lý học( 19)

- Trong phơng pháp lý học ngời ta thờng loại bỏ amôn ở dạng khí dễ bay hơi (NH3), bằng cách thổi khí Để chuyển hoá mạnh amôn thành dạng khí ngời ta nấy pH nớc khoảng 10,5-11,5

- Ưu nhợc điểm của quá trình :

Ưu điểm :

+ Có thể kiểm soát đợc quá trình

+ Kỹ thuật đơn giản

Nhợc điểm

+ Trong môi trờng nớc Nitơ liên kết không chỉ tồn tại ở dạng NH4+ mà

nó còn tồn tại dới dạng NO2-, NO3- Bằng phơng pháp này không thể giảm thiểu đợc các hợp này

+ Quá trình chuyển hoá NH4+ thành NH3 và giải phóng vào không khí dẫn

đến ô nhiễm không khí

2 Phơng pháp hoá học (19)

Để xử lý nớc chứa Nitơ liên kết bằng phơng pháp hoá học ngời ta sử dụng các phơng pháp nh: Phơng pháp clo hoá, phơng pháp trao đổi ion.

- Ưu nhợc điểm của quá trình :

Ưu điểm

+ Quá trình này có thể kiểm soát đợc, tất cả lợng N-NH3 đều có thể đợc oxy hoá hết

+ Có thể kết hợp với quá trình khử trùng nớc

+ Không tốn diện tích mặt bằng

Nhợc điểm

+ Chi phí vận hành cao

+ Còn tồn tại một lợng lớn Clo d và hợp chất Clo là nguyên nhân gây

độc với con ngời và sinh vật thuỷ sinh

+ Quá trình phụ thuộc nhiều vào độ pH, liều lợng Clo sử dụng

+Trong quá trình xử lý một lợng trihalomethane tạo thành ảnh hởng đến chất lợng nớc cấp

+ Cần phải kiểm soát chặt chẽ độ pH để tránh sự tạo thành khí NCl3

Ngày nay ngời ta đã chế tạo ra một loại nhựa nhân tạo để xủ lý nớc ngầm có nồng độ NO3- cao theo nguyên lý sau: Nớc ngầm đợc bơm lên từ giếng vào bể

bẩn ở dạng keo Hydroxit- Fe, Al… Nớc đợc dẫn chẩy qua cột trao đổi ion (loại anionit) Tại đây xẩy ra quá trình trao đổi ion NO3- với Clo ở lớp khuếch tán của hạt nhựa Kết quả là NO3- bị giữ lại trên bề mặt nhựa và nớc sau khi đi qua cột trao đổi ion sẽ có hàm lợng NO3- đạt yêu cầu dùng cho nớc ăn uống

Hình 1: Sơ đồ của quá trình xử lý NO3- cao trong nớc ngầm

Ưu điểm

+ Dễ dàng kiểm soát quá trình

+ Điều kiện vận hành đơn giản

+ Đạt hiệu quả cao

+ Có thể tái sử dụng nhựa trao đổi bằng cách ngâm nhựa trong dung dịch muối ăn bão hoà để giải hấp phụ

g gian

Bể lọc áp lực

Cột trao

đổi anion

Nước ra

3 Phơng pháp sinh học để loại bỏ nitơ liên kết trong nớc

3.1 Cơ sở lý thuyết của các phơng pháp sinh học

3.1.1 Chu trình chuyển hoá nitơ trong tự nhiên

Sơ đồ dời đây biểu diễn sự tuần hoàn của nitơ trong tự nhiên dới tác động của sinh vật

Hình 2: chu trình chuyển hoá nitơ trong tự nhiên

Trong chu trình chuyển hoá này, các cơ thể thực vật, vi khuẩn có khả năng sử dụng(đồng hoá) nhiều dạng nitơ liên kết để sinh trởng và phát triển Các vi khuẩn nitrat hoá và phản nitrat hoá trong tự nhiên chuyển hoá các hợp chất nitơ vô cơ thành N2 Nitơ phân tử(N2) lại đợc nhiều loại vi khuẩn cố

định để chuyển thành NH4+ và nh vậy chu trình đợc khép kín Chính các cơ thểsống này là một trong những tác nhân làm sạch nguồn nớc trong thiên nhiên khỏi hợp chất chứa nitơ

3.1.2 Quá trình amôn hoá

- Đây là quá trình chuyển hoá hợp chất nitơ dạng hữu cơ sang dạng vô cơ, qúatrình này đợc thực hiện nhờ các vi sinh vật nh vi khuẩn, xạ khuẩn , nấm… Dới tác dụng của các vi sinh vật, protein sẽ chuyển thành các chuỗi

peptit và các amino acid, các amino acid này sẽ biến đổi và tạo thành acid và

NH4 theo cơ chế sau:

R-CH(NH2)-COOH + 0.5O2 R-CO-COOH + NH4+

(amino acid) (keto acid)

R-CH(NH4)-COOH + 2H+ R-CH2-COOH + NH4+

(amino acid) (acid)

3.1.3 Quá trình đồng hoá nitơ liên kết ở thực vật

- Thực vật thủy sinh, đặc biệt là tảo đơn bào sử dụng NH4+, CO2 và các chất

vô cơ khác để tổng hợp sinh khối Ngoài ra tảo còn tiếp nhận năng lợng ánh sáng mặt trời để tổng hợp các hợp chất hữu cơ và giải phóng oxy Quá trình

đồng hoá amoni của tảo tiêu tốn cacbon hidrat dự trữ trong tế bào và amoni

đ-ợc chuyển sang dạng các hợp chất hữu cơ chứa nitơ

- Một số enzyme tham gia vào quá trình đồng hoá amôn ở tảo nh sau:

+ Enzyme glutamin dehydrogenaza (GDH)

Axit α - glutaric + NH3 + NAD(P)H + H+ + GDH Axit glutamic + H2O + Enzyme glutamic syntheaza(GS)

Axit glutamic +NH3 + ATP + GS Glutamin + ADP + Pi

3.1.4 Quá trình nitrat hoá

Là quá trình chuyển hoá amoni thành nitrat dới tác dụng của enzyme

amon monoxygenaza của các vi khuẩn Quá trình này gồm hai giai đoạn oxy hoá amôn (nitrit hoá)và oxy hoá nitrit (nitrat hoá), do hai nhóm vi khuẩn tự d-ỡng hiếu khí bắt buộc thực hiện Các vi khuẩn này có dạng hình que, hình cầu, hình elip, hoặc hình xoắn, không sinh bào tử , gram âm và là các vi khuẩn hiếu khí Các vi khuẩn nitrat hoácó thể phát triển đợc ở pH từ 5,5 - 9,0,

pH tối u là 7,5

3.1.4.1 Giai đoạn oxy hoá amôn (Nitrit hoá)

- Do các nhóm vi khuẩn tự dỡng Nitrosomonas (N europaea,

N oligocarbogenes) ; Nitrosospira ; Nitrosococcus ; Nitrosolobus

có vai trò rất quan trọng Nếu pH giảm, hoạt tính nitrit hoá và sự phát triển củacác vi khuẩn này sẽ bị ức chế (10, 11, 12, 13)

* Cơ chế hoá học của quá trình oxy hoá amôni

- Cơ chế hoá học của quá trình này đã đợc nghiên cứu từ lâu Trong quá trình oxy hoá amôn thành nitrit có nhiều enzim trong và ngoài màng của tế bào tham gia Cơ chế quá trình này đợc trình bày ở sơ đồ sau :

- Trớc tiên, NH3 (chứ không phải là ion NH4+) bị oxy hoá bằng oxy phân tử thành hydroxylamine (NH2OH) nhờ enzim Ammonia monooxygennaza.

NH3 + O2 + NADH + H+ → NH2OH + H2O + NAD+

Quá trình này đòi hỏi phải có nguồn điện tử để tạo ra hydroxylamine Nguồn

điện tử này đợc sinh ra khi oxy hoá NADH thành NAD+ và truyền quacytochrom P460 Một phần nguồn điện tử trong quá trình oxy hoá amôni thànhhydroxylamine đi vào chuỗi chuyền điện tử trong màng tế bào của

Nitrosomonas Trong quá trình vận chuyển điện tử này ATP đợc tạo ra Phần

điện tử còn lại dùng để oxy hoá hydroxylamine thành nitrit theo phản ứng:

- Quá trình này do enzym hydroxylamine oxydaza xúc tác Khi oxy hoá

NH2OH thành NO2- tạo ra sản phẩm trung gian [NOH] không bền vững, vàchuyển thành NO2- ,quá trình này cũng giải phóng điện tử, các điện tử nàychuyển đến P460 ox để tạo ra P460 red, và do vậy khép kín chuỗi chuyền điện tử(14, 15)

3.1.4.2 Giai đoạn oxy hoá Nitrit(Nitrat hoá)

Đó là quá trình oxy hoá NO2- thành NO3- Quá trình này đợc thực hiệnbởi nhóm vi khuẩn tự dỡng hoá năng Đa số các nhóm vi khuẩn này đều cócấu tạo tế bào hình que, hình cầu, hình bầu dục…, đây là nhóm vi khuẩn Gram(-) Tất cả các chủng đều có khả năng sử dụng nitrat làm nguồn năng lợng và

sử dụng CO2 làm nguồn cacbon (theo chu trình Calvin) cho chúng sinh trởng.Mỗi phân tử CO2 đợc cố định 100 phân tử NO2- đợc oxy hoá Đó là nguồnnăng lợng cần thiết để tổng hợp nên tế bào [13, 16]

NO2- +0.5 O2 Nitrobacter NO3- + 75kJ

Quá trình nitrat hoá có thể mô tả nh sau:

NH4+ + 2O2 Amon monoxygenaza NO3- + 2H+ + H2O +Q

- Trong quá trình nitrat hoá, cần cung cấp oxy cho hoạt động hô hấp của các

vi sinh vật, để oxy hoá hoàn toàn 1 mg NH4+thành NO3-cần tới 4,32 mg O2 Nếu pH của môi trờng nhỏ hơn 7.0 thì tốc độ sinh trởng và khả năng nitrat hoácủa các vi khuẩn này bị giảm Nhiệt độ sinh trởng của các vi khuẩn nitrat hoá này là từ 5 – 40oC Nhiệt độ tối u cho các vi khuẩn này là 28oC – 30oC

Quá trình nitrat hoá lại bị ức chế bởi nồng độ NH4+cao do NH4+phân ly thành

NH3 , H+ và sau đó bị ức chế khi NO2-, NO3- nồng độ cao,vì H+ có thể kết hợp với NO2- tạo ra HNO2 bị tích luỹ l;ại gây ảnh hởng đến quá trình nitrat hoá Vì vậy cần phải loại bỏ H+ ra khỏi môi trờng để hạn chế sự tạo thành HNO2và HNO3

* Cơ chế của quá trình oxy hoá nitrit (nitrat hoá)

- Quá trình oxy hoá nitrit thành nitrat do enzym nitritoxydaza và Cytochromoxydaza xúc tác

- Ngoài các vi khuẩn tự dỡng ra, quá trình nitrat hoá còn đợc thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn dị dỡng có khả năng oxy hoá NH4+ và các hợp chất hữu cơ thành NO2-, NO3- nh : Methylococcus capsulata, Methylomonas

methanica, Pseudomonas methanicus, Thiosphaera patotropha ( 20, 21 )

Sự oxy hoá nitrit thành nitrat và vận chuyển proton qua màng tạo ra năng

lợng đợc trình bày ở sơ đồ sau:

3.1.5 Quá trình phản nitrat hoá

- Quá trình phản nitrat hoá đợc thực hiện trong điều kiện thiếu khí với sự thamgia của các enzyme nitrit và nitrat – reductara Sự có mặt của oxy phân tử ức

OxydazaMo

Nitrit-Cyt.a

Cyt.c

2e

-Oxydaza aa3

sau đây

NO3- NO2- NO N2O N2

- Quá trình phản nitrat hoá đợc thực hiện nhờ các loại vi khuẩn kị khí tuỳ tiện

nh : Pseudomonas, Alcaligenes, Micrococcus,

Thiobacillus denitrificans Các vi khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình

xử lý các nguồn nớc thải chứa hàm lợng NO3- cao Độ pH tối u để quá trình phản nitrat hoá xẩy ra là 6.0 – 8.0

- Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình phản nitrat hoá

+ Nồng độ nitrat:Trong quá trình phản nitrat hoá, nitrat đợc sử dụng nh là chấtnhận điện tử, do đó nồng độ của nó ảnh hởng đến tốc độ quá trình phản nitrat hoá

+ Nồng độ oxy: Hàm lợng oxy hoà tan phải nhỏ hơn 0.1 mg/l vì O2cạnh tranh mạnh mẽ với NO3- trong vai trò là chất nhận điện tử, đồng thời nó còn kìm hãm

hoạt động của emzyme Nitrit reductase và Nitrat reductase Do đó sự có mặt của oxy tự do sẽ gây ức chế và ức chế hoàn toàn quá trình phản nitrat hoá

+ Nhiệt độ: Quá trình khử nitrat hoá có thể xẩy ra ở khoảng nhiệt độ từ

5 – 45oC, ở nhiệt độ 5 – 10oC quá trình vẫn xẩy ra nhngvới tốc độ chậmvà ở 0- 2oC thì quá trình sẽ không xẩy ra

+ Độ pH: tối u là pH = 7.0

3.2 Các phơng pháp sinh học loại bỏ nitơ liên kết trong nớc

Đợc chia làm hai nhóm:

- Các biện pháp xử lý trong điều kiện tự nhiên

- Các biện pháp xử lý trong điều kiện nhân tạo

3.2.1 Các biện pháp xử lý trong điều kiện tự nhiên

Cơ sỏ lý thuyết cuả các biện pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của hệ

tự nhiên Việc xử lý nớc thực hiện ở các dạng nh: Cánh đồng tới, cánh đồng lọc, ao hồ sinh học…

Ao hồ sinh học là loại công trình khá phổ biến và cũng là phơng pháp đơngiản nhất và đợc chia làm ba loại

+ Ao hồ hiếu khí: là loại ao hồ nông, chiều sâu của ao hồ này khoảng từ

0.5 – 0.9 m, đợc chiếu sáng tốt và đảm bảo thông khí tốt từ mặt ao xuống đáy ao Quá trình oxy hoá chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí + Ao hồ kỵ khí: là loại ao hồ sâu khoảng 3 – 6 m, đảm bảo điều kiện kị khí cho các hoạt động sống của các hệ vi sinh vật trong đó Loại hồ này thờng dùng để xử lý nớc thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít đợc sử dụng để xử

lý nớc thải sinh hoạt, vì nó gây mùi thối khó chịu (3)

+ Hồ kị khí tuỳ tiện: là loại ao hồ có chiều sâu khoảng 1 – 1.7 m Loại ao, hồnày có sự hoạt động của cả hai quá trình hiếu khí và kị khí Hiện nay loại ao,

hồ này đang đợc sử dụng rộng rãi nhất trong các hồ sinh học

- Trong thực tế, để loại bỏ đợc nitơ liên kết ngời ta thờng sử dụng loại ao hồ hiếu khí và tuỳ tiện Đặc điểm của các hồ này là tảo và các vi sinh vật khác cùng sinh trởng và phát triển, ở lớp nớc trên của hồ các vi sinh vật hiếu khí sẽ

sử dụng oxy hoà tan (một phần do tảo tạo ra) để hô hấp, các chất hữu cơ chứa nitơ sẽ đợc vi sinh vật oxy hoá thành CO2, H2O, NH4+, NO3-, NO2- Các chất này sẽ đợc tảo sử dụng để tăng trởng đồng thời giải phóng oxy phục vụ cho hoạt động sống của vi khuẩn Đây là sự cộng sinh có hiệu quả giữa tảo và các

phần có trong nớc thải rất đáng đợc lu tâm vì trong tế bào của chúng nitơ chiếm tới 8-10 %

3.2.2 Các biện pháp xử lý trong điều kiện nhân tạo

- Nguyên tắc của việc sử dụng các biện pháp này là cũng dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật nh và sinh trởng Nhờ quá trình phát triển, quá trình trao đổi chất của chúng mà các chất ô nhiễm sẽ bị chuyển hoá thành các dạng vô hại

- Dựa vào trạng thái tồn tại của các vi sinh vật trong hệ thống xử lý mà ngời tachia làm hai kỹ thuật:

- Các vi khuẩn này liên kết với nhau trên bề mặt chất mang tạo thành lớp màng vi sinh vật goị là màng sinh học, các chất hữu cơ và vô cơ trong nớc sẽ

đợc hấp thụ lên bề mặt màng và đợc các vi sinh vật sử dụng hoặc chuyển hoá Chất mang thờng sử dụng là các vật liệu nh:nhựa tổng hợp ,polymer…

- Đối với các hợp chất chứa nitơ : Đây là quá trình xử lý bằng vi sinh vật a khíbám trên bề mặt chất mang Nitrosomonas, Nitrobacter… Trong quá trình

khử nitơ liên kết ở lọc sinh học, amoni có trong nớc sẽ bị hấp thụ lên lớp ngoàicủa màng, màng này thờng dày khoảng 0,1-0,4 mm Quá trình chuyển hoáamôni trong nớc tách thành hai bớc: lớp ngoài màng chủ yếu là vi khuẩn hiếukhí thực hiện quá trình nitrat hoá theo hai phản ứng sau:

NH4+ + O2 → NO2- + H2O + 2H+

Oxy hoá nitrit : NO2- + O2 → NO3

- ở lớp trong của màng, lợng oxy bị giảm do các vi khuẩn hiếu khí lớp ngoài

sử dụng nên đây là vùng thiếu khí, tạo điều kiện cho các vi khuẩn kỵ khí phát triểnvà xẩy ra quá trình phản nitrat hoá

- Các quá trình sinh học diễn ra trên lớp màng đợc mô tả hình dới

H×nh 3: C¸c qu¸ tr×nh sinh häc diÔn ra trªn líp mµng

3.2.2.2 Kỹ thuật bùn hoạt tính

- Trong kỹ thuật bùn hoạt tính, nớc cần xủ lý đợc đa vào một bể hiếu

khí (bể aeroten) và đợc khuấy trộn với bùn hoạt tính Bùn có dạng bông, mầu nâu xám Thành phần của bùn hoạt tính bao gồm một số lợng lớn các nhóm sinh vật Các vi sinh vật có thể là vi khuẩn, xạ khuẩn, và

động vật nguyên sinh nh :Nitrosomonas, Actinomyces, Athrobacter, Bacillus, Bacterium, Micrococcus, Pseudomonas… Các vi khuẩn

Pseudomonas phân huỷ các loại rợu, acid béo, paraffin, … Bacterium phân

huỷ dầu mỏ ,paraffin, naften, phenol, andehit và các acid béo

- Sau khi nớc ra khỏi bể aeroten, hỗn hợp nớc và bùn đợc đa vào bể

lắng thứ cấp ở đó bùn hoạt tính đợc lắng xuống, một phần bùn đợc

tuần hoàn trở lại bể aeroten để giữ cho hàm lợng bùn trong bể luôn ổn định

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bùn hoạt tính

- Các yếu tố nh pH, nhiệt độ có ảnh hởng khá lớn đến quá trình xử

lý.Khoảng pH từ 6.5 – 9 đợc coi là tối u cho hoạt động của bùn hoạt tính Nếu pH < 6.5 thì nấm bắt đầu phát triển, nếu pH > 9 thì tốc độ trao đổi chất

sẽ bị chậm lại

- Trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính, ngoài sự loại bỏ các chất hữu cơ

dễ bị oxy hoá sinh học còn có quá trình oxy hoá NH4+ thành NO3- theo

phơng trình sau :

NH4+ + 4O2 2NO3- +4H+ + 2H2O + 350kJ

Bể lắng sơ cấp aerotenBể

Nước

Bùn hồi lưu

Bùn dư