nghiên cứu làm giảm đạm amôn trong hệ thống thí nghiệm có sử dụng vật liệu tự chế

Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2005 Nước thải thuỷ sản có thể được xử lí bằng nhiều phương pháp, theo Lê Hoàng Việt 2003 thì công trình xử lý nước thải có thể là các công trình x

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

NGUYỄN HOÀNG MINH HỮU

Luận văn tốt nghiệp Đại học Chuyên ngành Khoa học Môi trường

NGHIÊN CỨU LÀM GIẢM ĐẠM AMÔN TRONG HỆ THỐNG

THÍ NGHIỆM CÓ SỬ DỤNG VẬT LIỆU TỰ CHẾ

Cán bộ hướng dẫn

LÊ ANH KHA

Cần Thơ, 2014

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

NGUYỄN HOÀNG MINH HỮU

Luận văn tốt nghiệp Đại học Chuyên ngành Khoa học Môi trường

NGHIÊN CỨU LÀM GIẢM ĐẠM AMÔN TRONG HỆ THỐNG THÍ

NGHIỆM CÓ SỬ DỤNG VẬT LIỆU TỰ CHẾ

Cán bộ hướng dẫn

LÊ ANH KHA

Cần Thơ, 2014

ii

PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG

Luận văn kèm theo đây, với tựa đề là “Nghiên cứu làm giảm đạm amôn trong hệ thống thí nghiệm có sử dụng vật liệu tự chế”, do sinh viên Nguyễn Hoàng Minh Hữu

thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua

PGs.TS.Bùi Thị Nga Ths Nguyễn Thị Như Ngọc

Cán bộ hướng dẫn Ths Lê Anh Kha

iii

LỜI CẢM TẠ

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Khoa học Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi và truyền đạt những kiến thức quý báu giúp em hoàn thành tốt luận văn này

Em xin cảm ơn Cô Bùi Thị Nga cho em những góp ý quan trọng trong đề cương và luận văn để bài làm tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài

Em xin cảm ơn Thầy Lê Anh Kha đã luôn quan tâm, chỉ dạy, hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài để em có thể thực hiện tốt đề tài này

Cảm ơn Cô cố vấn Nguyễn Thị Như Ngọc đã luôn quan tâm, chia sẻ, động viên đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiên thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn Quách Yến Phương đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Tôi xin cảm ơn các bạn trong lớp Khoa học Môi trường khóa 37 đã luôn giúp đỡ, đóng góp ý kiến trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Con xin cảm ơn ba mẹ đã luôn động viên, quan tâm và chia sẻ với con trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cần Thơ, ngày 10 tháng 12 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Minh Hữu

iv

TÓM LƯỢC

Đề tài nghiên cứu làm giảm đạm amôn trong hệ thống thí nghiệm có sử dụng vật liệu tự chế được thực hiện từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2014 với mục tiêu làm giảm nồng độ đạm amôn trong hệ thống thí nghiệm Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ amôn trong hệ thống giảm hơn 99% Kiến nghị cần tiến hành thí nghiệm với nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản, lò giết mổ gia súc

v

MỤC LỤC

BÌA TRONG i

PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG ii

TÓM LƯỢC iii

LỜI CẢM TẠ iv

MỤC LỤC v

DANG SÁCH TỪ VIẾT TẮT vii

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH HÌNH ix

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Sơ lượt về các hợp chất nitơ trong nước 3

2.2 Thành phần nước thải thải thủy sản 2

2.3 Màng sinh học (biofilm) 4

2.4 Vòng tuần hoàn nitơ 4

2.5 Quá trình Amonium hóa 5

2.5.1 Quá trình amonium hóa urê 5

2.5.2 Amonium hóa protid 6

2.6 Quá trình nitrate hóa 6

2.7 Quá trình khử nitrate 8

2.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật 8

2.8.1 Độ ẩm môi trường 8

2.8.2 Nhiệt độ 8

2.8.3 Ảnh hưởng của pH 9

2.9 Một số nghiên cứu xử lý đạm bằng biện pháp sinh học 9

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

3.1 Thời gian nghiên cứu 11

3.2 Địa điểm nghiên cứu 11

3.3 Phương pháp nghiên cứu 11

3.3.1 Phương tiện nghiên cứu 11

3.3.2 Chuẩn bị vật liệu và lớp màng biofilm 11

3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 12

3.5 Phương pháp thu mẫu 13

3.6 Phương pháp phân tích 14

3.7 Phương pháp xử lý số liệu 14

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 15

4.1 Kết quả lựa chọn vật liệu 15

4.2 Kết quả tạo màng 15

vi

4.3 Kết quả thí nghiệm với dung dịch nước pha từ hoá chất có nồng độ tương đương

nước thải nhà máy chế biến thuỷ sản 16

4.3.1 Nhiệt độ 16

4.3.2 pH 17

4.3.3 EC 18

4.3.4 DO 18

4.3.5 COD 19

4.3.6 TP, TDP, P_PO43- 21

4.3.7 N-NH4+ 23

4.3.8 N-NO2- 24

4.3.9 N-NO3- 24

4.3.10 TN 26

4.3.11 Tổng vi sinh vật hiếu khí 27

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 29

5.1 Kết luận 29

5.2 Kiến Nghị 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

vii

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy sinh học

BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường

COD: Nhu cầu oxy hoá học

DO: Nồng độ oxy bảo hoà

EC: Độ dẫn điện

LVTN: Luận văn tốt nghiệp

MSH: Màng sinh học

NT2: Nghiệm thức có màng biofilm

NTĐC: Nghiệm thức đối chứng

QCVN: Qui chuẩn Việt Nam

TDP: Tổng lân hoà tan

TN: Tổng đạm

viii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả phân tích chất lượng nước thải chế biến thủy sản 4

Bảng 3.1 Thành phần hóa chất sử dụng pha nước thải 12

Bảng 3.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 13

Bảng 4.1 Giá trị nồng độ các chỉ tiêu phân tích nước máy 16

ix

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Chu trình nitơ tự nhiên 5

Hình 3.1 Sơ đồ bể phản ứng 12

Hình 4.1 Sự biến động nhiệt độ tại các thời điểm thu mẫu 17

Hình 4.2 Sự biến động pH tại các thời điểm thu mẫu 18

Hình 4.3 Sự biến động EC tại các thời điểm thu mẫu 19

Hình 4.4 Sự biến động DO tại các thời điểm thu mẫu 20

Hình 4.5 Sự biến động COD tại các thời điểm thu mẫu 21

Hình 4.6 Biến động photphorus trong hệ thống vật liệu không có màng 22

Hình 4.7 Biến động photphorus trong hệ thống vật liệu có màng 23

Hình 4.8 Biến động N-NH4+ tại các thời điểm thu mẫu 24

Hình 4.9 Biến động N-NO3- tại các thời điểm thu mẫu 25

Hình 4.10 Biến động N-NH4+ và N-NO3- và các lần lặp lại trên hệ thông thí nghiệm có màng Biofilm 26

Hình 4.11 Biến động TN tại các thời điểm thu mẫu 27

Hinh 4.12 Sự cân bằng nitrogen trong nghiệm thức có màng biofilm 28

Nước thải thủy sản thường có các thành phần vượt quá quy chuẩn cho phép nhiều lần Trong khi đó lưu lượng nước thải tính trên đơn vị sản phẩm cũng lớn, trung bình từ 30 – 80 m3 trên một tấn thành phẩm (Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2005)

Nước thải thuỷ sản có thể được xử lí bằng nhiều phương pháp, theo Lê Hoàng Việt (2003) thì công trình xử lý nước thải có thể là các công trình xử lý cơ học, sinh học, hóa học hoặc kết hợp các phương pháp trên Theo Lê Gia Huy (2010), phương pháp sinh học đã ứng dụng thành công trong việc loại bỏ chất thải hữu cơ và hữu cơ dạng keo Phương pháp sinh học chia làm hai loại xử lý bằng hệ vi sinh lơ lửng (hay còn gọi là bùn hoạt tính), xử lý bằng hệ vi sinh bám dính (hay còn gọi là màng sinh học) Phương pháp sinh học sử dụng hệ vi sinh vật bám dính có ưu thế hơn các phương pháp khác

Theo Nguyễn Thị Thu An (2013) nghiên cứu quá trình nitrate hóa đạm amonium trong nước ở điều kiện phòng thí nghiệm sử dụng bể composite 35 lít để thực hiện thí nghiệm, hiệu quả quá trình làm giảm 94.5% đạm amôn trong nước

Đề tài “ Nghiên cứu quá trình giảm đạm amôn trong hệ thống thí nghiệm có sử dụng vật liệu tự chế” được thực hiện nhằm kế thừa kết quả nghiên cứu trước bên cạnh đó cải tiến hệ thống xử lí nhằm khắc phục những yếu điểm của hệ thống lớn như các tác nhân thời tiết, nhưng hiệu suất xử lí không đổi

• Tiến hành thu mẫu và phân tích các chỉ tiêu: pH, EC, DO, nhiệt độ,

NH4+, NO2-, NO3- , TN, TP, PO43-, COD và vi sinh vật hiếu khí

2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về các hợp chất nitơ trong nước

Theo Lương Đức Phẩm (2002), trong nước các hợp chất Nitơ thường tồn tại ở

3 dạng : hợp chất hữu cơ, ammoniac và dạng oxi hóa (nitrate, nitrite), các dạng này

là khâu chuỗi phân huỷ các hợp chất chứa Nitơ hữu cơ như protein và hợp phần của protein Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất Nitơ hữu cơ, ammoniac, hoặc NH4OH là nước mới bị ô nhiễm Nếu nước chứa hợp chất Nitơ chủ yếu là nitrite (NO2-) là nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài và nếu nước chỉ chứa chủ yếu là hợp chất Nitơ

ở dạng nitrate (NO3-) chứng tỏ quá trình phân huỷ đã kết thúc Bản thân nitrate không có độc tính, nhưng trong cơ thể nó bị chuyển hóa thành nitrite rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành hợp chất nitrozo là chất có khả năng gây ung thư Nitơ và Photpho là nguyên tố cơ bản của sự sống có mặt ở tất cả các hoạt động liên quan đến sự sống và trong tất cả các ngành nghề sản xuất nông nghiệp công nghiệp Khi 1kg N dưới dạng hợp chất hóa học vào môi trường nước sẽ sinh ra được 20kg COD, cũng tương tự như vậy 1kg P sẽ sinh ra được 138kg COD dưới dạng tảo chết Trong nguồn nước nhận giàu chất dinh dưỡng (N, P) thường xảy ra các hiện tượng tảo và các thực vật phát triển nhanh tạo nên mật độ lớn Vào ban ngày hoặc khi nhiều nắng, quá trình quang hợp của tảo diễn ra mãnh liệt Khi quang hợp tảo hấp thụ khí CO2 hoặc bicarbonat (HCO3) nhả ra khí oxy, pH của nước tăng nhanh, nhất là khi nguồn nước nhận có độ kiềm thấp (tính đệm thấp do cân bằng của hệ H2CO3 – HCO3) thời điểm cuối buổi chiều, pH của một số ao, hồ giàu dinh dưỡng có thể đạt giá trị trên 10 Nồng độ oxy hòa tan trong nước thường ở mức siêu bão hoà, có thể tới 20 mg/l Song song với quá trình quang hợp là quá trình hô hấp (phân huỷ chất hữu cơ để tạo ra năng lượng, ngược với quá trình quang hợp xảy ra) Trong khi hô hấp, tảo thải ra khí CO2, tác nhân làm giảm pH của nước Trong các nguồn nước giàu dinh dưỡng vào buổi sáng sớm, trước lúc bình minh, lượng oxy trong nước hầu như cạn kiệt và pH có thể thấp hơn 5.5 Hiên tượng trên gọi là phú nhưỡng Trong môi trường phú nhưỡng thì pH và oxy hòa tan biến động liên tục và mạnh là những tác nhân gây khó khăn thậm chí là môi trường không thể sống đối với thủy động vật (Lê Văn Cát, 2007)

3

(Theo Sổ tay công nghệ xử lí nước thải công nghiệp, 2009)

2.2 Thành phần nước thải thủy sản

Khảo sát tình hình nước thải của các công ty chế biến thủy sản xuất khẩu Kiên Giang Nước thải thủy sản có thể chia thành ba nguồn khác nhau: nước thải sản xuất, nước thải vệ sinh công nghiệp và nước thải sinh hoạt, cả 3 loại nước thải này đều có tính chất gần giống nhau Trong đó nước thải sản xuất có mức độ ô nhiễm cao hơn cả Nước thải của phân xưởng chế biến thủy sản có hàm lượng COD dao động trong khoảng từ 30-3000 (mg/L) Trong nước thường có vụn thủy sản và các vụn này dễ lắng với hàm lượng chất lơ lững dao động từ 200-1000 (mg/L) Ngoài

ra, trong nước thải của các nhà máy chế biến thủy sản có chứa các thành phần hữu

cơ mà khi bị phân hủy sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân hủy các acid béo không bão hòa, tạo mùi khó chịu và đặc trưng, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người dân (Trần Văn Thoại, 2005 trích từ Nguyễn Thị Thu An, 2013)

Bảng 2.1 Kết quả phân tích chất lượng nước thải chế biến thủy sản

Thành phần và tính chất nước thải thủy sản rất đa dạng và phức tạp Trong nước thải thường chứa nhiều mảnh vụn thịt và ruột của các loại thủy sản, các mảnh vụn này thường dễ lắng và dễ phân hủy gây nên các mùi hôi tanh Ngoài ra, trong nước thải đôi khi còn có chứa các thành phần hữu cơ mà khi bị phân hủy chúng sẽ tạo ra các sản phẩm gây nên mùi hôi thối rất khó chịu và đặc trưng (Lâm Minh Triết, 2008)

Trong nước thải còn chứa rất nhiều chất dinh dưỡng đặc biệt là N và các chất khoáng khác các chất này khi vào nguồn nước sẽ gây phú nhưỡng cho nguồn nước Các chất dinh dưỡng sẽ được phù du thực vật, nhất là tảo lam, hấp thụ tạo nên sinh khối trong quá trình quang hợp Sự phát triển đột ngột của tảo lam trong nguồn

4

nước giàu chất dinh dưỡng làm cho nước có mùi và độ màu tăng lên, chế độ oxy trong nguồn nước không ổn định Sau quá trình phát triển, phù du thực vật bị chết Xác phù du thực vật sẽ làm tăng thêm một lượng chất hữu cơ, tạo nên sự nhiễm bẩn lần hai trong nguồn nước (Trần Đức Hạ, 2002)

2.3 Màng sinh học (biofilm)

Các bề mặt tự nhiên hay nhân tạo khi tiếp xúc với vi sinh vật, vi sinh vật đều tạo quần thể trên bề mặt đó Khi các tế bào vi khuẩn phát triển trên bề mặt chúng thường tạo biofilm (tập hợp các tế bào vi khuẩn gắn vào bề mặt), chèn trong mạng lưới kết dính do tế bào tiết ra Mạng lưới là hỗn hợp của các polysaccharide, nhưng

có chứa protein và thậm chí là acid nucleic Các biofilm có thể chứa một, hai hoặc phổ biến hơn chứa nhiều loài vi khuẩn (Nguyễn Minh Trí, 2013)

Vi khuẩn bám vào bề mặt theo nhiều cách khác nhau, một màng sinh học hoàn chỉnh có thể dày từ 600-900 µm, tức là dày gấp mấy trăm lần một con vi khuẩn đơn

lẻ (một con vi khuẩn dài khoảng 1µm) Màng sinh học không phải là một chất vô định hình, hay một khối đặc sệt các polysaccharides và vi khuẩn mà nó có tổ chức

và cấu trúc Thậm chí là khu vực dày nhất của màng sinh học cũng cho luồng nước chảy qua Nước chảy qua các cấu trúc hình nấm của những khối cầu vi khuẩn, qua

đó cung cấp dinh dưỡng cho các vi khuẩn và đem chất thải ra môi trường bên ngoài (Lương Đức Phẩm, 2002)

Theo Lương Đức Phẩm (2002), các vi khuẩn tạo nitrogen và các vi khuẩn khác đã lập được mối quan hệ tương hỗ hai bên cùng có lợi và chặt chẽ trong các màng sinh học của các bộ lọc sinh học, vì các vi sinh vật hiếu khí bình thường phóng thích và nhả ra ammoniac trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, các

vi khuẩn tạo nitơ có thể dùng ammoniac (cố định đạm) làm nguồn năng lượng cho mình Rồi đến các vi khuẩn khử nitơ chuyên tiêu thụ axit có thể đã bảo vệ cho các

vi khuẩn tạo nitơ vốn đặc biệt nhạy cảm với tính axit Vi khuẩn trong màng sinh học

sẽ có nhiều thuận lợi hơn là những vi khuẩn lơ lửng tự do trong nước, chúng sẽ chia

sẻ thông tin di truyền và trao đổi chất cho nhau

2.4 Vòng tuần hoàn nitơ

Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), lượng nitơ có trong thiên nhiên rất lớn Nitrogen ở trong không khí chiếm đến 75% theo trọng lượng hay 78% theo thể tích không khí (tương đương 3.9 x 1015 tấn N2)

hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amonium hóa Dạng NH4+ sẽ được chuyển hóa thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hóa Các hợp chất nitrate lại được chuyển hóa thành dạng nitơ phân tử, quá trình này được gọi là quá trình phản nitrate hóa được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn phản nitrate (Trần Cẩm Vân, 2002)

2.5 Quá trình Amonium hóa

2.5.1 Quá trình amonium hóa urê

Theo Trần Cẩm Vân (2002), urê chiếm 2.2% nước tiểu người và động vật, ure chiếm 46.6% N Thực vật không thể đồng hóa urê mà phải qua quá trình amonium hóa Quá trình amonium hóa urê được ra làm hai giai đoạn Vi khuẩn tham gia đồng hóa thuộc nhóm kỵ khí bắt buộc hoặc hiếu khí Chúng ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm

Hình 2.1 Chu trình nitơ trong tự nhiên

6

2.5.2 Amonium hóa protid

Theo Trần Đức Lượng (2000), quá trình amonium hóa protid là quá trình hết sức phức tạp Ý nghĩa của nó đối với vi sinh vật là ở chổ chúng biến protid thành axit amin Từ axit amin chúng sử dụng là nguyên liệu cần thiết cho cơ thể

Quá trình amonium hóa protein được thực hiện bởi nhiều vi sinh vật gây ra Các loài vi sinh vật có khả năng hô hấp khác nhau Những nhóm đại diên cơ bản

như: vi sinh vật hiếu khí, vi sinh vật hô hấp tùy diện và vi sinh vật yếm khí

2.6 Quá trình nitrate hóa

Theo Trần Cẩm Vân (2002), sau quá trình amonium hóa, NH3 được hình thành một phần được cây trồng hấp thụ, một phần phản ứng với các amion trong dất tạo thành các muối amonium Phần còn lại được oxy hóa thành dạng nitrate gọi là quá trình nitrate hóa Quá trình này gồm hai giai đoạn: giai đoạn nitrite hóa, giai đoạn nitrate hóa

Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình nitrate hóa có một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xữ lý nước thải Quá trình nitrate hóa tích lũy lượng oxy dự trữ có thể dùng để oxy hóa các chất hữu cơ không chứa nitrogen khi lượng oxy tự do đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình nitrate hóa

2.6.1 Giai đoạn nitrite hóa

Theo Trần Cẩm Vân (2002), quá trình oxy hóa NH4+ tạo thành NO2- được tiến hành bởi nhóm vi khuẩn nitrite hóa Chúng thuộc nhóm vi sinh vật tự dưỡng hóa năng có khả năng oxy hóa NH4+ bằng oxy không khí và tạo ra năng lượng

NH4+ + 3/2O2 → NO2- + H2O + 2H + Năng lượng Năng lượng này dùng để đồng hóa CO2 → Cacbon hữu cơ Enzym xúc tác cho quá trình này là enzym của quá trình hô hấp háo khí

Nhóm vi khuẩn nitrit hóa gồm 4 chi khác nhau: Nitrozomonas, Nitrozocystis, Nitrozolobus và Nitrosospira (Trần Cẩm Vân, 2002)

Vi khuẩn Nitrosomonas có hình cầu hoặc bầu dục ngắn Chúng thuộc vi khuẩn gram (-), không bào tử Chúng có tiêm mao dài nên chuyển động được Vi khuẩn Nitrsospira có hình thái thay đổi rất mạnh tùy thuộc vào môi trường mà chúng tồn tại Nhìn chung, chúng có hình dạng dấu phẩy (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

2.6.2 Giai đoạn nitrate hóa

Theo Trần Cẩm Vân (2002), quá trình oxy hóa NO2- thành NO3- được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn nitrate Chúng là những vi sinh vật tự dưỡng hóa năng có

7

khả năng oxy hóa NO2- tạo thành năng lượng Năng lượng này dung để đồng hóa

CO2 tạo thành đường

NO2- + ½ O2 → NO3- + Năng lượng Nhóm vi khuẩn tiến hành oxy hóa NO2- thành NO3- bao gồm 3 chi khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira và Nitrococcus

Theo Nhuyễn Đức Lượng Và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), vi khuẩn Nitrobacter thuộc vi khuẩn gram (-) và không tạo bào tử Chúng có thể sử dụng CO2

làm nguồn carbon và không cần các hợp chất hữu cơ trong quá trình phát triển của mình Theo Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết (2005), pH tối ưu để cho tăng trưởng của Nitrobacter trong khoảng 7.2 đến 7.8

Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), quá trình nitrate hóa thường xuyên xảy ra trong môi trường nước và có ý nghĩa rất lớn đối với thực vật sống trong nước Quá trình này cũng có ý nghĩa rất lớn đối với môi trường sống Nhờ đó ô nhiễm ít xảy ra

2.6.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa

 pH

pH môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của vi khuẩn nitrate hóa Khi pH trong môi trường quá cao dẫn đến việc tạo ra một lượng lớn NH3 trong môi trường và làm ức chế sự phát triển của vi khuẩn oxy hóa amonium và nitrite Khi

pH môi trường quá thấp dẫn đến việc tích tụ một lượng lớn axit nitrite và chất ức chế sự phát triển của vi khuẩn nitrate hóa ( Trần Liên Hà và ctv., 2007)

Theo Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết (2005) pH tối ưu cho

Nitrosomonas và Nitrobacter nằm trong khoảng 7.5-8.5 Quá trình nitrate hóa

ngừng lại ở pH thấp hơn 6

 Nhiệt độ

Tốc độ tăng trưởng của các vi khuẩn nitrate hóa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ thích hợp trong khoảng 8-30ºC Nhiệt độ tối ưu cho quá trình vào khoảng 30ºC (Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2005)

 Nồng độ oxy

Theo Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết (2005) nồng độ oxy là một trong những yếu tố quan trọng nhất kiểm soát quá trình nitrate hóa Hằng số bán bão hòa của oxy (Ko) là 1.3 mg/L Để tiến hành quá trình nitrate hóa oxy phải được phân phối tốt trong bể bùn hoạt tính hiếu khí và nồng độ oxy hòa tan không nên dưới 2 mg/L Để oxy hóa 1 mg NH4+ cần 4.6 mg O2

NH3+ + O2 → NO3- + H+ + H2O

8

 Tỷ số BOD5/TNK

Một phần vi sinh vật nitrate hóa bị giảm khi tỷ số BOD5/TNK tăng Trong quá trình nitrate hóa kết hợp oxy hóa cacbon, tỷ số này lớn hơn 5, trong quá trình nitrate hóa riêng biệt, tỷ số này nhỏ hơn 3 (Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2005)

 Sự ức chế của các chất độc hại

Quá trình nitrate hóa khá nhạy cảm với một vài hợp chất độc hại có trong nước thải Các hợp chất hữu cơ trong nước thải không gây độc trực tiếp cho các vi khuẩn nitrate hóa Sự ức chế của các hợp chất hữu cơ có thể là gián tiếp và có thể là suy giảm oxy do các vi khẩn dị dưỡng Các chất gây độc nhất cho vi khuẩn nitrate là cyanide, thiourea, phenol, aniline, và các kim loại nặng (Đỗ Hồng Lan Chi và Lâm Minh Triết, 2005)

2.7 Quá trình khử nitrate

Theo Lê Hoàng Việt (2003), quá trình khử nitrate là quá trình tách oxy khỏi nitrite, nitrate dưới tác dụng của các vi khuẩn trong điều kiện không có oxy (anoxic) Oxygen được tách từ nitrite, nitrate được dùng để oxy hóa các chất hữu

cơ Quá trình này cũng trải qua hai giai đoạn: giai đoạn một biến đổi nitrate thành nitrite, giai đoạn hai biến đổi nitrite thành các chất khí như nitric oxide, nitrous oxide và khí nitrogen Quá trình này được thực hiện bởi các vi khuẩn thuộc các

giống: Achromobacher, Aerobacter, Alcaligenes…

và tế bào sẽ chết Tế bào vi sinh có 80 – 90% là nước, do đó có nước thì các chất dinh dưỡng mới có thể hòa tan vào tế bào, nếu không như vậy thì sự sống không thể

9

Theo Lê Xuân Phương (2001), hoạt động của vi sinh vật bị giới hạn trong môi trường chứa nước ở dạng hấp thụ, vùng nhiệt này của nước nằm từ -2oC đến 100oC gọi và vùng sinh động học Hầu hết các tế bào chết ở nhiệt độ trên 100oC (tức là giới hạn trên của vùng sinh động học)

2.8.3 Ảnh hưởng của pH

Theo Nguyễn Đức Lượng (2000), phản ứng pH môi trường tác động trực tiếp đến vi sinh vật Ion hydro nằm trong thành phần môi trường làm thay đổi trạng thái diện tích của thành tế bào Tùy theo nồng độ của chúng mà làm tăng hoặc giảm khả năng thẩm thấu của tế bào với những ion nhất định Mặc khác chúng cũng làm ức chế phần nào các enzyme có mặt trên thành tế bào

Theo Lê Xuân Phương (2001), các giá trị pH (cực tiểu, cực đại và thích hợp) cần cho sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật tương ứng với các giá trị pH cần cho hoạt động lên men Giới hạn pH cần cho hoạt động của vi sinh vật từ 4 – 10 Các vi khuẩn thích hợp ở môi trường trung tính có pH từ 7 – 7.5, các loài nấm thích hợp ở môi trường axit có pH thích hợp là 4 – 5

2.9 Một số nghiên cứu xử lý đạm bằng biện pháp sinh học

Nghiên cứu của Lê Anh Kha và Masayuki Seto (2003) cho thấy các khối bê tông rỗng và đất nung là các vật liệu hiệu quả để loại bỏ đạm và lân trong nước thải đạt hiệu suất 85%

Đề tài nghiên cứu của Đoàn Thị Thúy Oanh (2005) về việc loại một số hợp chất nitơ trong nước bằng vật liệu tự chế và nhựa cho thấy màng sinh học trên bề mặt các vật liệu đã loại được 4.8g N-NO3/ngày hay 84.2g N-NO3/ngày/m3

Kết quả nghiên cứu của Đoàn Ngọc Minh (2007) cho thấy vật liệu tự chế là các khối bê tông và đá phổi đã loại bỏ được 109.8g N-NO3 đối với nước thải pha từ hóa chất

Lê Anh Kha và Phạm Việt Nữ (2013) cho rằng vật liệu tự chế là những khối

bê tông rỗng và đất phèn nung có khả năng xử lý nitơ trong nước thải thủy sản với hiệu suất 89.7%

Công trình nghiên cứu của Nguyễn Thị Thu An (2013) khi sử dụng bể composite có thể tích 35 lít để làm bể phản ứng Bố trí thí nghiệm với nước thải pha bằng hóa chất có nồng độ amonium tương đương với nồng độ amonium của nước thải nhà máy chế biến thủy sản trong điều kiện khối bê tông có màng biofilm thì khối bê tông đóng vai trò như một giá thể để hệ vi sinh bám dính thực hiện tốt phản ứng nitrate hóa trong nước, hiệu suất xử lý đạt 87.86%

10

Công trình nghiên cứu của Bùi Phương Thảo ở trường Đại học Khoa học Tự nhiên khi sử dụng đá Sulfua canxi cacbonat combostie trong hệ thống xử lý đạm hòa tan trong nước bằng biện pháp sinh học cho thấy hiệu suất xử lý đạt 89%

Công trình nghiên cứu của Phạm Khắc Liệu Đại học Huế (2008) nghiên cứu

xử lý nitơ trong nước thải qua hệ thống SNAP Nghiên cứu cho thấy hiệu suất chuyển hóa amoni trong nước thải đạt gần 90% và loại nitơ gần 80%

Công trình nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải bằng vi sinh vật của Võ Quang Nhân và Trương Quang Bình tại trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh khi sử dụng tổ hợp vi sinh vật ở những nồng độ khác nhau trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí cho thấy khả năng áp dụng hệ vi sinh vật trong xử lý nước thải chế biến thủy sản là có ý nghĩa thực tế Các chỉ tiêu khảo sát đều có hiệu suất tương đối cao trong thời gian ngắn, nhiều chỉ tiêu khảo sát đều nằm trong giới hạn cho phép thải ra nguồn tiếp nhận loại B

11

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian nghiên cứu

Đề tài được thực hiện từ tháng 8 năm 2014 đến tháng 12 năm 2014

3.2 Địa điểm nghiên cứu

Phòng thí nghiệm Chất lượng Môi trường, Bộ môn Khoa học Môi trường, Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương tiện nghiên cứu

- Bể phản ứng

- Dụng cụ thu mẫu và chứa mẫu

- Dụng cụ đo đạt phân tích

- Máy đo pH Mettler-Toledo AG BHMY schwerzenbach, Switzerland

- Máy đo EC Mettler-Toledo AG BHMY schwerzenbach, Switzerland

- Máy đo DO Mettler-Toledo M0128 Dissolved Oxygen meter, Japan

- Máy sắc ký ion Shodex CD-5 (Japan)

- Các loại hóa chất cần thiết để phân tích các chỉ tiêu: TN, TP, PO43-,

pH, nhiệt độ, DO, EC, COD

3.3.2 Chuẩn bị vật liệu và màng biofilm

Chuẩn bị nguyên liệu

Theo Nguyễn Thị Thu An (2013), vật liệu là khối bê tông từ đá, cát, xi măng theo tỉ lệ tương ứng là 4:3:1 Cát chiếm tỉ lệ nhiều giúp cho khối bê tông tơi xốp Khối bê tông có dạng hình lập phương cạnh dài 10cm với bề mặt nhám, lồi lõm và

có độ rỗng cao tạo điều kiện thuận lợi cho lưu thông dòng nước thải và là nơi cư trú tốt cho vi sinh vật Theo nghiên cứu của Lê Anh Kha và Masazuki Seto (2003), đã xác định được một số thuộc tính của khối bê tông như sau: