Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/Hiện nay có nhiều phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp.. Tuy nhiên từ những năm 80 của thế kỷ 20 cho
Trang 1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CỒNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
Trang 2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Chuyên ngành: Vi Sinh Vật học
Mã số: 62420103
Học viên: Nguyễn Thị Nhàn Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Mai Hương Ths Vũ Duy Nhàn
Hà Nội – 2013
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP A2O MÀNG SINH HỌC LƯU ĐỘNG VÀO XỬ LÝ NƯỚC THẢI VẬT LIỆU NỔ QUỐC PHÒNG
Trang 3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
MỞ ĐẦU
được sử dụng rộng rãi trong quốc phòng và kinh tế Trong công nghiệp sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ thải ra một lượng lớn nước thải có chứa các hóa chất độc
ở những nơi xây dựng nhà máy sản xuất thuốc súng, đạn, người ta vẫn tìm thấy
tại lâu dài trong tự nhiên của các chất này hay nói cách khác chúng là những chất khó phân hủy sinh học Vì thế, TNT, NH4NO3 được coi là một trong các vấn đề môi trường bức xúc của quân đội ta hiện nay
Để xử lý các loại nước thải chứa các chất độc hại này, các nhà nghiên cứu thường sử dụng kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học
Phương pháp vật lý thường sử dụng than hoạt tính dạng bột hoặc dạng hạt
để hấp phụ Phương pháp này có ưu điểm hiệu quả xử lý cao, triệt để tuy nhiên giá thành xử lý khá cao, mặt khác than hoạt tính sau khi xử lý sẽ gây ô nhiễm thứ cấp
Các phương pháp hóa học thường sử dụng để xử lý nước thải chứa TNT,
ozôn- UV, Fenton, keo tụ, tách chiết…Các phương này có nhược điểm khó áp dụng đối với các loại nước thải có chất thải nồng độ cao, đòi hỏi thiết bị máy móc phức tạp, chi phí xây dựng lớn, khó áp dụng quy mô lớn và thường gây ô nhiễm thứ cấp
Các phương pháp sinh học thường được sử dụng là bùn hoạt tính hiếu khí, AO, A2O, SBR, UASB và sử dụng thực vật bậc cao thường được áp dụng để xử lý nước thải chứa TNT ở giai đoạn cuối sau khi nước thải đã trải qua giai đoạn tiền
xử lý bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học
Trang 4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hiện nay có nhiều phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp Tuy nhiên từ những năm 80 của thế kỷ 20 cho đến nay các phương pháp sinh học chủ yếu được ứng dụng vào xử lý nước thải là: phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí, phương pháp AB, phương pháp AO, phương pháp A2O, phương pháp A2O màng sinh học, phương pháp UASB và phương pháp SBR… Các phương pháp này thường tồn tại một số nhược điểm như: thiết bị cồng kềnh, lắp đặt phức tạp, chi phí xây dựng và vận hành cao, đặc biệt là đối với nước thải công nghiệp khó phân hủy có chứa hàm lượng COD và độc tính cao thì hiệu quả xử lý thấp, hệ vi sinh vật hoạt động kém ổn định, phát sinh hàm lượng bùn thải lớn
Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu phát hiện và tập trung nghiên cứu phát triển phương pháp A2O màng sinh học giá thể lưu động Phương pháp A2O (Anaerobic - Anoxic - Oxic) màng lọc sinh học giá thể lưu động MBBR (Moving Bed Biological Reactor) là hướng công nghệ mới
ọ
Màng sinh học giá thể lưu động trong bể phản ứng được cấu tạo từ các giá thể đơn lẻ bổ sung vào bể
từ 400 m2-1200 m2/1m3, dễ chế tạo, giá thành rẻ, được chế tạo từ các vật liệu loại nhựa như HDPE thông dụng trên thị trường
Khi hệ vi sinh vật trong nước thải tiếp xúc với bề mặt và các lớp bên trong giá thể, sau thời gian 15-30 ngày sẽ hình thành nên các màng vi sinh trên giá thể
từ ngoài vào trong với mật độ vi sinh vật hữu ích cao Do điều kiện nồng độ oxy
ở các vị trí ngoài, trong khác nhau, do đó trên các giá thể lưu động hệ vi sinh sẽ hình thành nên nhiều dạng trao đổi chất khác nhau: hiếu khí-thiếu khí-kỵ khí (từ
Trang 5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ngoài vào trong) dẫn đến nâng cao được khả năng phân hủy các chất ô nhiễm của hệ phản ứng
Bên cạnh đó nhờ có giá thể mà ảnh hưởng tác động của áp lực nước lên
hệ vi sinh vật được giảm thiểu tối đa qua đó giúp cho hệ vi sinh vật hoạt động ổn định hơn, cường độ trao đổi chất cao hơn, dẫn đến hiệu quả xử lý được nâng cao hơn nhiều so với hệ thống xử lý không có giá thể
Do đó hệ vi sinh vật trên giá thể
ể phản ứng Chính nhờ vào các điều kiện này khiến cho hiệu suất tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm được tăng cao từ đó nâng cao cường độ trao đổi chất và phân hủy các chất thải của hệ vi sinh vật
Nhằm mục đích tìm được giải pháp công nghệ xử lý nước thải nhiễm
pháp A2O màng sinh học lưu động (MBBR) để xử lý nước thải vật liệu nổ quốc phòng nhiễm TNT, NH 4 NO 3 Với nội dung chủ yếu sau :
máy Quốc phòng
2- Khảo sát và phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy TNT
từ bùn hoạt của các nhà máy
3- Khảo sát và phân lập các chủng vi sinh vật nitrit và nitrat từ bùn hoạt của các nhà máy
5- Nghiên cứu kết hợp phương pháp nội điện phân và A2O-MBBR xử lý
Trang 6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 HIỆN TRẠNG NƯỚC THẢI NHIỄM TNT
Một lượng lớn các nhà máy sản xuất và sử dụng các loại hóa chất tổng hợp như thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, nhựa plastic, thuốc nhuộm, dược phẩm, thuốc nổ và các sản phẩm phục vụ đời sống hàng ngày của chúng ta liên tục làm
ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và gây ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người Trong số các loại hóa chất này có nhiều loại có độc tính gây ra đột biến, ưng thư ở người và động thực vật Các hợp chất Nitroaromatics như nitrotoluene, nitrobenzene, nitrophenols, nitrobenzoates, nitroanilines được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất thuốc nổ, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, nhựa plastics và dược phẩm [10,11,14] và một số hợp chất là sản phẩm đốt không hết của các nguồn nhiên liệu hóa thạch [12] Các báo cáo chỉ ra rằng hóa chất thuốc nổ phổ biến nhiễm trong đất và nước là TNT (2,4,6- Trinitrotoluene) và cả hai dạng khác là mono và dinitrotoluenes [13] Tổ chức môi trường Hoa Kỳ ngày từ đầu thế kỷ 20 đã xác định TNT là một trong danh mục 1397 chất độc (USEPA)
1.1.1 Tính chất hóa lý của TNT (2,4,6 – Trinitrotoluen)[15,16]
Trang 7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
TNT hay còn gọi là 2,4,6 trinitrotoluen Năm 1863 J Willbrand tổng hợp thành công và đƣợc sử dụng làm thuốc nhuộm màu vàng, muộn hơn cho đến năm 1983 Claus, Becker đã xác định đƣợc cấu trúc cho đến năm 1891 thì TNT đƣợc sản xuất quy mô công nghiệp tại Đức, cho đến năm 1905 thì TNT đƣợc ứng dung làm thuốc nổ quân sự Năm 1951 Kirk và Othmer trộn nhôm với TNT thành thuốc nổ có năng lƣợng cao để sử dụng vào mục đích quân sự Trong chiến tranh thế giới thứ nhất TNT sản xuất bị giới hạn do nguồn toluene đƣợc sản xuất từ than đá bị khan hiếm, sau năm 1940 nguồn toluene đƣợc sản xuất từ công nghiệp dầu mỏ trở nên phong phú hơn, do đó công nghiệp sản xuất TNT đƣợc mở rộng và sản xuất đại trà trong thế chiến thứ 2 Ngoài ra TNT còn đƣợc
sử dụng làm nguồn nguyên liệu sản xuất cùng với các loại hóa chất khác để sản xuất ra loại thuốc nổ có năng lƣợng cao (bảng 1) Ngay từ đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã nghiên cứu và sản xuất thành công hơn 60 loại thuốc nổ năng lƣợng cao là các hợp chất ploynitroaromatic trong đó TNT đƣợc sử dụng làm nguyên liệu nhiều nhất nhƣ GTN (Glycerol trinitrate), PETN (Pentaerythritol tetra
Explosive/Research Deparment Explosive, HMX hay Octogen (High Melting Explosive) Gần đây một số loại thuốc nổ hợp chất nitro đƣợc phát
Trang 8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 1 2: Cấu trúc hóa học của một số loại thuốc nổ hợp chất Nitro
Bảng 1.1: Các loại thuốc nổ quân sự sử dụng TNT Loại thuốc nổ Thành phần
Trừ α-TNT là sản phẩm chính, quá trình sản xuất còn hình thành nên 5 dạng đồng phân khác của TNT, chiếm khoảng 4,5%, các loại này không sử dụng trực tiếp đƣợc mà cần phải tiếp tục chuyển hóa dạng α -TNT
Trang 9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
TNT có mầu trắng, không mùi ở trạng thái kết tinh, sản phẩm công nghiệp
có mầu vàng, kết tinh ở dạng phiến nhỏ, có tính hút ẩm, trọng lượng riêng
nổ 6800m/s, độ hòa tan 130mg/l ở 20oC Dưới tác dụng của ánh sáng sẽ làm biến đổi màu nhưng không làm ảnh hưởng đến tác dụng hóa nổ
Trang 10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2,4,6-Trinitrotoluene (TNT) 2-Amino-4,6-dinitrotoluene 6-Amino-2,4-dinotrotoluene
2,6-Diamino-4-nitrotoluene 4,6-Diamino-2-nitrotoluene 2,4,6-Triaminotoluene(TAT)
2,6-Dinitrotoluene 2,4-Dinitrotoluene 2-Nitrotoluene 3-Nitrotoluene 4-Nitrotoluene
2,4,6-Trinitrobenzene (TNB)
Hình 1.4: TNT và các hợp chất trung gian 1.1.3 Các quá trình biến đổi TNT [14,16,17]
Dưới điều kiện kị khí, các vi khuẩn khử nhóm nitro của phân tử TNT thành các hợp chất trung gian monotriso, monohydroxylamino và monoamino Hai
nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Desulfovibrio sp và
Pseudomonas sp Esteve-Nenez và Ramos năm 1998 phát hiện chung Pseudomonas sp.JLR11 chuyển hóa TNT thành các hợp chất 1.3.5-
Trinirobenzene và 3.5-Ditriroaniline
Trang 11Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 1.5: Quá trình biến đổi TNT trong điều kiện kỵ khí
Tham gia vào quá trình phân hủy TNT còn có nhiều loài vi khuẩn như
Cellulomonas sp ES6, Clostridium acetobutylicum, Escherichia coli, Lactobacillus acidophilus, Methannococcus strain B…
Dưới điều kiện hiếu khí, các vi sinh vật chuyển hóa TNT thành các dạng mono và diamino Tuy nhiên sự chuyển hóa thành dạng nitroso và monohydroxylamino vẫn được diễn ra, khi có mặt của oxy sẽ chuyển hóa thành dạng azoxytetranitrotoluen Trong điều kiện hiếu khí TNT là nguồn cácbon, nito
và năng lượng cho quá trình trao đổi chất và khoáng hóa đến cùng
4 - Hydroxylamino - 4,6 - DNT
4 - Amino - 2,6 - DNT
dinitrotoluene
Trang 12Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 1.6: Quá trình biến đổi TNT trong điều kiện hiếu khí 1.1.4 Tính chất nguy hại của TNT và một số loại thuốc nổ
TNT và các hợp chất trung gian của nó có độc tính cao đối với các loại động sinh vật bao gồm các động vật có vú, cá, côn trùng và vi khuẩn ( Lanchance 2004) và được xếp vào nhóm C nhóm tác nhân gây ung thư cho con người (USEPA) 1993 Ngoài ra TNT còn gây độc đối với hệ thần kinh trung
C
N N O
4,4'-6,6'-Tetranitro- 4,6-dinitrotoluene
2-Hydroxylamino- nitrotoluene
2-Amino-4- nitrotoluene
2,6-Diamino-4- dinitrotoluene
2-Amino-4,6-2,4-Diamino-6-dinitrotoluene TNT
2,4',6,6'-Tetranitro-4,2'-azoxytoluene
6-nitrotoluene
2-Nitroso-4-amino-3-Methyl-4,6-dinitrocatechol 4-Hydroxylamino-
Trang 13Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ương và hệ thống miễn dịch Carpenter nghiên cứu thử nghiệm phát hiện độc tính của TNT và RDX cho kết quả theo bảng 3 như sau:
TNT là hóa chất có độc tính cao với con người [14,15,17] Con người bị nhiễm TNT qua đường hô hấp, tiêu hóa và hấp thụ qua da TNT làm thay đổi tổng số tế bào hồng cầu, hemoglobin giảm, xuất hiện tế bào đỏ dị thường tăng tạm thời khối lượng bạch cầu và lymphocyte, gây dị ứng da, làm vỡ mao mạch gây chảy máu Ở liều lượng cao và tiếp xúc lâu dài sẽ xuất hiện bệnh về máu nghiêm trọng TNT có thể gây bệnh vàng da, teo gan suy yếu thận, mật; lâu ngày có thể gây ung thư Khi làm việc trong điều kiện nồng độ TNT 0,3-1,3mg/m3 không khí với thời gian 8h/ngày liên tục có thể dẫn đến thay đổi thành phần máu và gây bệnh cho cơ thể con người Hàm lượng TNT tối đa cho phép trong không khí 1mg/m3 (theo tiêu chuẩn của Nga) hoặc 0,5mg/m3 (theo
Tổ chức bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (USEPA) quy định giới hạn hàm lượng TNT, RDX, HMX trong nước uống như sau:
Bảng1.3: Giới hạn hàm lượng thuốc nổ nitro trong nước uống
Loại thuốc nổ Giới hạn (mg/l) Tài liệu tham khảo
Trang 14Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1.1.5 Nước thải TNT và tiêu chuẩn xả thải
Quá trình sản xuất TNT gia công, đóng gói, vận chuyển sản sinh ra một lượng lớn nước thải TNT dẫn đến làm ô nhiễm nghiêm trọng Dựa vào tính chất sản xuất TNT, nước thải TNT được chia làm hai loại sau: nước thải TNT có tính axit và nước thải TNT có tính kiềm
1 Nước thải có tính axit: nước thải loại này được sinh ra trong quá trình rửa loại Na2SO3 trong TNT thô và rửa loại axit nitric Nước thải TNT có tính axit có màu vàng, chứa huyền phù TNT
Trong công nghiệp sản xuất gia công thuốc nổ và thuốc phóng thường thải
ra một lượng lớn nước thải, trong đó có chứa các loại hóa chất nổ như TNT,
Ở nước ta hiện nay mới có quy định ở cấp ngành về giới hạn cho phép của nồng
độ TNT trong nước thải nhỏ hơn 0,5mg/l tương đương với tiêu chuẩn của Trung Quốc GB 14470.1-2002
Các quy định khác về giới hạn cho phép hàm lượng TNT trong nước mặt, nước
1.1.6 Hiện trạng nước thải nhiễm TNT và công nghệ xử lý
Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải công nghiệp quốc phòng nhiễm TNT
Trang 15Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
tại Việt Nam
Trong công nghiệp sản xuất gia công thuốc nổ và thuốc phóng thường thải
ra một lượng lớn nước thải, trong đó có chứa các loại hóa chất nổ như TNT,
Để xử lý các loại nước thải này các nhà nghiên cứu thường sử dụng kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học
Phương pháp vật lý thường sử dụng than hoạt tính dạng bột hoặc dạng hạt
để hấp phụ Phương pháp này có ưu điểm hiệu quả xử lý cao, triệt để tuy nhiên giá thành xử lý khá cao, mặt khác than hoạt tính sau khi xử lý sẽ gây ô nhiễm thứ cấp Tác giả Đỗ Ngọc Khuê và các cộng sự đã thiết lập được quy trình công nghệ
xử lý nước thải nhiễm TNT theo các phương pháp này khi thực hiện đề tài Bộ Quốc phòng năm 2004 “ Nghiên cứu công nghệ xử lý các chất thải do hoạt động quân sự sinh ra” Các phương pháp hấp thụ cũng được các đối tác Trung Quốc áp dụng khi chuyển giao công nghệ sản xuất TNT tại các nhà máy quốc phòng Tuy nhiên công nghệ này khó áp dụng đối với nước thải có tính chất kiềm [18, 19, 21,
24, 28, 27]
Các phương pháp hóa học thường sử dụng để xử lý nước thải chứa TNT,
NH4NO3 là: phương pháp oxy hóa khử hóa học, điện hóa, oxy hóa bằng ozôn, ozôn- UV, Fenton, keo tụ, tách chiết… Các phương này có nhược điểm khó áp dụng đối với các loại nước thải có chất thải nồng độ cao, đòi hỏi thiết bị máy móc phức tạp, chi phí xây dựng lớn, khó áp dụng quy mô lớn và thường gây ô nhiễm thứ cấp
Các phương pháp sinh học: bùn hoạt tính hiếu khí, AB, AO, A2O, SBR, UASB và phương pháp sử dụng thực vật bậc cao thường được áp dụng để xử lý nước thải chứa TNT ở giai đoạn cuối sau khi nước thải đã trải qua giai đoạn tiền
xử lý bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học Tác giả Đỗ Ngọc Khuê thực hiện đề tài Nhà nước KC 04 năm 2005 “ Nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý
Trang 16Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
các chất thải quốc phòng đặc chủng và sự ô nhiễm vi sinh vật độc hại” đã áp dụng một số phương pháp công nghệ sinh học như sử dụng thực vật bậc cao và nấm mục trắng để xử lý nước thải nhiễm TNT Tuy nhiên, hầu hết các kết quả thử nghiệm các giải pháp trên đều mới dừng ở mức độ kết quả nghiên cứu phòng thí nghiệm, chưa có giải pháp nào được triển khai ở quy mô rộng hay đã được thương mại hóa [18, 22, 27]
Để xử lý triệt để nước thải độc hại đặc thù quốc phòng với giá thành hợp
lý, chất lượng xả thải đạt tiêu chuẩn quốc gia thường phải kết hợp hai giai đoạn
xử lý: tiền xử lý bằng các phương pháp hóa lý kết hợp với các phương pháp sinh học hiện đại Bởi vì trong nước thải chứa các chất ô nhiễm độc hại đặc thù quốc phòng có bản chất cấu tạo hóa học là các vòng thơm rất bền và có độc tính cao đối với vi sinh vật Giai đoạn tiền xử lý có nhiệm vụ giảm thiểu nồng độ ô nhiễm và độc tính bằng các tác dụng vật lý hoặc phản ứng hóa học biến đổi các chất khó phân hủy sinh học thành các chất dễ phân hủy sinh học, các đại phân tử thành các phân tử nhỏ hơn Nhờ đó nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải và độc tính đối với hệ vi sinh vật cũng giảm thiểu đáng kể, nâng cao được hiệu quả tiêu thụ các chất ô nhiễm của vi sinh vật dẫn đến hiệu suất xử lý của hệ thống được nâng cao
Hiện nay, tại Việt Nam chưa có công trình công bố nào ứng dụng phương pháp nội điện phân và phương pháp A2O màng sinh học lưu động vào xử lý nước thải công nghiệp khó phân hủy, kể cả nước thải sinh hoạt Khi kết hợp hai phương pháp này để xử lý nước thải công nghiệp khó phân hủy có nhiều ưu điểm như: phản ứng nhanh, xử lý triệt để, dễ triển khai ở mọi quy mô, chi phí xây dựng
Trang 17Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
rất dễ chuyển hóa
các dạng tồn tại hợp chất nito khác nhau có thể chuyển hóa thành các hợp chất khác nhau
Nước thải nhiễm nito chủ yếu từ các nguồn sau: (1) Nước thải sinh hoạt; nước thải sinh hoạt hàm chứa một lượng lớn amoni, với tốc độ độ thị hóa ngày càng gia tăng nhanh chóng, thì nước thải sinh hoạt nhiễm amoni là một trong những tác nhân chính gây ô nhiễm (2) Nước thải công nghiệp, các nghành công nghiệp có tính chất sản xuất khác nhau cũng sẽ thải ra các loại nước thải chứa các chất ô nhiễm và chứa hàm lượng amoni có tính chất đặc trưng khác nhau; công nghiệp hóa dầu; khí hóa than; công nghiệp sản xuất phân bón; công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất thuốc nổ (3) Sản xuất nông nghiệp: một lượng lớn phân không sử dụng hết ngoài đồng ruộng và xác động thực vật trong quá trình phân hủy cũng sản sinh ra một lượng lớn amoni làm ô nhiễm phú dưỡng nguồn nước (4) Nước mưa thành thị, quá trình mưa ở các thành thị lớn cũng thải ra một lượng nước thải chứa hàm lượng amoni cao
Nước thải có chứa hàm lượng amoni cao vẫn chủ yếu là nước thải của các ngành sản xuất công nghiệp Nước thải công nghiệp chứa amoni cao có thành phần phức tạp, có chứa nhiều hợp chất khó phân hủy sinh học và có độc tính Chính vì thế nước thải loại này rất khó xử lý, hàm lượng amoni sau xử lý rất khó đạt tiêu chuẩn
Tính nguy hại của nước thải nhiễm amoni:
Amoni là một trong những tác nhân chính ô nhiễm nguồn nước Khi hàm lượng chất ô nhiễm amoni tăng cao gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước gây ảnh hưởng xấu tới môi trường và sức khỏe con người
Khi tồn tại trong nước lâu, amoni dưới tác dụng của vi khuẩn và oxy sẽ bị oxy hóa thành nitrit và nitrat Bản thân nitrit và nitrat không gây ung thư nhưng
Trang 18Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khi vào cơ thể người dễ phản ứng với các chất khác tạo thành các hợp chất N- nitroso gây ung thư
Trong quá trình xử lý nước cấp sự có mặt của amoni sẽ làm giảm hiệu quả khử trùng của clo tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh trong nước cấp
Trong y tế khi trẻ em bị nhiễm độc nitrat và nitrit thì tăng nguy cơ bây bệnh mất sắc tố máu (methaemoglobinaemia) khiến cho trẻ sơ sinh nhất là trẻ dưới 3 tháng tuổi bị xanh xao, nguy cơ này đối với người lớn rất thấp Do đó WHO đề nghị mức 50mg/l cho tổng nitrit và nitrat, trong đó nitrit không được lớn hơn 3mg/l [23]
1.2.2 Hiện trạng về nước thải nhiễm amoni, tiêu chuẩn xả thải và công nghệ
xử lý
Tại các cơ sở quốc phòng sản xuất thuốc nổ công nghiệp dựa trên nền amoni nitrat như dây chuyền công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thuốc nổ nhũ tương chịu nước, thuốc nổ AD1, dây chuyền nhuộm đen vũ khí đều thải ra một lượng lớn nước thải nhiễm amoni Tại dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ
công nghệ của thuốc nổ AD1 thường chứa 15% TNT nên trong nước thải
Theo QCVN:40/2011 quy định hàm lượng amoni (tính theo nito) đối với nước thải công nghiệp loại B và A tương ứng là nhỏ hơn 10mg/l và 5mg/l
1.2.3 Công nghệ xử lý
Trên thế giới hiện có nhiều công trình nghiên cứu công bố cũng như các công nghệ xử lý nước thải và nước cấp nhiễm amoni hiện đang được ứng dung Nhìn chung có hai nhóm giải pháp chính sau
1.2.3.1 Phương pháp hóa-lý
dung dịch nước thải sang môi trường kiềm pH 10,5- 11, nâng nhiệt độ lớn hơn
50oC đồng thời sục khí:
NH3↑ + H2O < = > NH4OH (1)
Trang 19Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Phương pháp này thường được ứng dụng cho nước thải trong các nghành công nghiệp lọc hóa dầu, khí hóa than có tải lượng lớn với hàm lượng amoni rất cao, thường lớn hơn 500mg Hiệu quả loại của quá trình này bị ảnh hưởng lớn bởi
pH, nhiệt độ, tỷ lệ khí: nước và thời gian sục khí Liu Guo Wen sử dụng phương
trị pH 10.5-11, tỷ lệ nước: khí 2800:1 -3200:1, hàm lượng amoni là 1026.76, hiệu suất loại amoni đạt 98% Wang Wen sử dụng phương pháp này để xử lý
C, giá trị pH 10.5, tỷ lệ khí: nước là 3500 với hàm lượng amoni 2000 – 4000mg/l, hiệu suất loại amoni đạt 90%
Phương pháp thổi khí loại amoni có ưu điểm hệ thống xử lý có kết cấu đơn giản,
dễ thao tác sử dụng, công nghệ phổ biến Nhược điểm của phương pháp này là tiêu hao năng lượng cao, gây ô nhiễm thứ cấp
Phương pháp trao đổi ion:
Phương pháp trao đổi ion có ưu điểm công nghệ đơn giản, dễ sử dụng Tuy nhiên phương pháp này cũng gây ô nhiễm thứ cấp, hàm lượng zeolite sau xử lý là rất lớn Ngoài ra còn có các clo hóa và oxy hóa bằng ozon như sau:
Phương pháp này có hiệu quả rất cao không phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Quá trình xử lý thao tác đơn giản, tiết kiệm được đầu tư trang thiết bị ban đầu, tuy nhiên với nồng độ amoni cao thì giá thành xử lý rất cao, gây ô nhiễm thứ cấp Phương pháp này chỉ phù hợp cho các quá trình tiền xử lý
Trang 20Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1.2.3.2 Phương pháp sinh học
Nguyên lý của phương pháp
Sự chuyển hóa các hợp chất amoni trong nước nhờ vi sinh bao gồm hai quá trình nối tiếp là nitrat hóa và phản nitrat hóa
Quá trình nitrat hóa:
và cuối cùng là NO3-
C10H19O3N + 10NO3- = 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 100H+
Quá trình chuyển hóa này được thực hiện bởi vi khuẩn khử nitrate chiếm khoảng 10-80% khối lượng vi khuẩn (bùn hoạt) Tốc độ khử nitơ đặc biệt dao
cao, tải trọng hữu cơ của bể càng lớn
Trong quá trình xử lý tại bể hiếu khí điều kiện bắt buộc là phải cung cấp
đủ oxy với nồng độ từ 2-10mg/l Nồng độ oxy cần cung cấp phụ thuộc vào nồng
Trang 21Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
độ bùn hoạt tính và tải trọng hữu cơ của nước thải Oxy được cung cấp có vai trò như sau: (1) cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ hòa
-, (2) trộn đều nước thải và bùn hoạt tính tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các cơ chất cần xử lý, (3) đẩy các khí ức chế quá trình sống của vi sinh vật ra ngoài, các khí này được sinh ra trong quá trình vi sinh vật phân giải các chất ô nhiễm, (4) tác động tích cực đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật Tải trọng chất hữu
cơ của bể trong giai đoạn xử lý aerotank dao động từ 0,32-0,64 kg
Dựa vào nguyên lý trên thường có một số phương pháp xử lý amoni như sau:
Phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí:
Từ đầu thế kỷ 20 các nhà khoa học Anh đã đưa ra phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ bùn hoạt tính Hệ thống đơn giản chỉ bao gồm: nước thải được dẫn qua một bể phản ứng chứa bùn hoạt tính và được cung cấp không khí rồi đi qua một bể lắng tại đó hệ vi sinh phân tán trong nước sẽ thực hiện các
- Tiếp đó đến đầu thế kỷ 20, hệ này được cải tiến bằng cách dẫn hồi lưu bùn lắng quay trở về bể xục khí và đã làm tăng được hiệu quả xử lý các chất hữu cơ trong nước thải
Trang 22Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 1.7: Sơ đồ hệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng kỹ thuật bùn hoạt tính
Quá trình này xử lý tốt các hợp chất hữu cơ chứa cacbon, nito hữu cơ và
trình phản nitrat, nước thải và bùn hoạt tính được tuần hoàn và hồi lưu thiếu khí
Phương pháp màng sinh học lưu động MBBR:
Phần lớn các VS có khả năng bám lên bề mặt của một vật rắn khi trong môi trường nước có đủ các hợp chất hữu cơ, muối khoáng mà chúng cần Việc
cố định VS được thực hiện nhờ một chất phụ trợ gần giống polymer – keo động vật do các vi khuẩn tiết ra, và bên trong chất keo đó các vi khuẩn có chuyển động nhất định Việc xâm chiếm bề mặt lúc đầu được thực hiện ở một số điểm
và từ những điểm này màng sinh học tiếp tục phát triển cho đến khi toàn bộ bề
Trang 23Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
mặt chất mang rắn được bao phủ một lớp đơn bào Tiếp theo các tế bào mới sinh
ra sẽ bao phủ lên các lớp ban đầu, ta có màng vi sinh hay viết tắt là MVS
Công nghệ SNAP xử lý nước thải giàu nito:
SNAP (Single stage Nitrogen removalusing the Anammox and Partial) là một quá trình xử lý sinh học kết hợp hai quá trình Nitrit hóa một phần và Ôxy hóa amoni kỵ khí trong cùng một bể phản ứng
- Nitrit hóa/ khử nitrit hóa (SHARON):
SHARON- “Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrit” được cho là công nghệ thay thế bền vững cho quá trình Nitrat hóa/ khử nitrat hóa thông thường, được phát triển vào cuối những năm 1990 tại trường Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan (Helliga và cộng sự, 1998)
Quá trình SHARON được thực hiện trong các bể phản ứng độc lập với dòng chảy liên tục Trong đó, amoni được oxy hóa thành nitrit trong điều kiện hiếu khí (nitrit hóa) và nitrit tạo thành được khử nitrit dị dưỡng sinh khí N2 bằng cách bổ sung nguồn cacbon từ bên ngoài (khử nitrit) Nhóm vi khuẩn thực hiện quá trình này gồm các vi khuẩn Nitrosomonas và vi khuẩn khử nitrit hiếu khí, hệ thống vận hành dưới điều kiện không lưu bùn
Các phản ứng xảy ra trong quá trình SHARON:
Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý SHARON
Phương trình phản ứng Nitrit hóa:
NH4+ + 1,5O2 → NO2- + H2O + 2H+Phương trình phản ứng khử nitrit:
Trang 24Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ 0,5 CH3OH → 0,5 N2 + 0,5 CO2 + 0,5 H2O + OH
tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của vi khuẩn oxy hóa amoni (AOB) là cao hơn vi
NOB xấp xỉ một nửa AOB DO là thông số rất quan trọng trong kiểm soát hệ thống; DO thấp sẽ hạn chế sự tăng trưởng của NOB do ái lực với oxy của chúng nhỏ hơn so với AOB
Amoniac tự do- FA và axit HNO2 tự do- FNA đóng vai trò là chất nền nhưng đồng thời cũng có thể là tác nhân ức chế quá trình oxy hóa amoni và oxy hóa nitrit Khi pH tăng cao sẽ làm giảm FNA và tăng FA, do đó thúc đẩy AOB
và ức chế NOB
- Oxy hóa amoni kỵ khí (Anammox)
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý Anammox
Anammox (Anaerobic Ammnium Oxidation) là một quá trình mà trong
đó amoni được oxy hóa trực tiếp thành khí nito sử dụng nitrit trong vai trò chất nhận điện tử đưới điều kiện thiếu khí và không cần bổ sung nguồn cacbon hay oxy từ bên ngoài
Phản ứng của quá trình Anammox như sau:
Trang 25Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Planctomycetales Sinh khối của vi khuẩn Anammox thường có màu đỏ nâu,
được đặc trưng bởi tỷ lệ tăng trưởng riêng cực đại rất thấp, thời gian nhân đôi 10,6 ngày và sinh khối tạo thành ít, do đó lượng bùn sinh ra ít tuy nhiên giai đoạn khởi động kéo dài (lên đến 1 năm)
Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox:
- pH tối ưu cho phản ứng Anammox là 6,7-8,3, nhiệt độ tối ưu trong
với ánh sáng nhìn thấy với hiệu suất xử lý giảm 30-50% ( Van de Graaf và cộng
sự, 1996)
- Phản ứng Anammox được cho là khá mạnh nhưng vẫn bị ức chế bởi DO; ở nồng độ 0,24 đến 2% khí bão hòa, vi khuẩn Anammox bị ức chế nhưng
có thể phục hồi
- Phản ứng Anammox bị ức chế hoàn toàn không thể phục hồi khi nồng
60mg/l và bắt đầu giamt khi nồng độ cao hơn 30mg/l Do vậy quá trình Anammox cần được vận hành dưới điều kiện giới hạn nitrit
- Vi khuẩn Anammox là tự dưỡng, chúng sử dụng nguồn cacbon vô cơ, do
đó nồng độ bicacbonate đầu vào là yếu tố rất quan trọng Hoạt động của vi khuẩn Anammox là khá thấp nếu tỉ lệ bicacbonate:amoni là 2,3:1 (Dexiang và cộng sự, 2007)
- Alcohol và aldehyde: nồng độ 3-4mM methanol ức chế gần như hoạt động của Anammox (Ren- Cun Jin và cộng sự, 2012)
- Vi khuẩn Anammox bị ức chế bởi chất kháng sinh; các nghiên cứu gần đây chủ yếu tập trung vào 3 loại kháng sinh chloramphenicol, b- lactam, tetracycline (Ren- Cun Jin và cộng sự, 2012)
Trang 26Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Độ mặn cao, kim loại nặng, photphat và sunphua đều có thể gây ức chế quá trình Anammox (Ren- Cun Jin và cộng sự, 2012)
Ưu điểm của Anammox:
+ Không cần bổ sung cacbon hữu cơ
+ Lượng bùn tạo thành tương đối thấp
+ Hiệu suất xử lý nito cao
+ Giảm đến 50% thể tích bể phản ứng
+ Năng lượng tiêu thụ giảm 60-90% so với công nghệ nitrat hóa khử nitrat thông thường
1.2.3.3 Phương pháp A2O màng sinh học lưu động
Hiện nay có nhiều phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp Tuy nhiên từ những năm 80 của thế kỷ 20 cho đến nay các phương pháp sinh học chủ yếu được ứng dụng vào xử lý nước thải là: phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí, phương pháp AB, phương pháp AO, phương pháp A2O, phương pháp A2O màng sinh học, phương pháp UASB và phương pháp SBR… Các phương pháp này thường tồn tại một số nhược điểm như: thiết bị cồng kềnh, lắp đặt phức tạp, chi phí xây dựng và vận hành cao, đặc biệt là đối với nước thải công nghiệp khó phân hủy có chứa hàm lượng COD và độc tính cao thì hiệu quả xử lý thấp, hệ vi sinh vật hoạt động kém ổn định, phát sinh hàm lượng bùn thải lớn…
Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu phát hiện và tập trung nghiên cứu phát triển phương pháp A2O màng sinh học giá thể lưu động Phương pháp A2O (Anaerobic- Anoxic - Oxic) màng lọc sinh học giá thể lưu động MBBR (Moving Bed Biological Reactor) là hướng công nghệ mới
Trang 27Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Công nghệ này có ưu điểm [5, 8, 9]
Có thể tiến hành với nhiều chủng loại nước thải công nghiệp, đặc biệt là đối với loại nước thải có hàm lượng COD và độc tính cao, chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ khó phân hủy, rất khó phân hủy sinh học (chỉ số BOD5/COD nhỏ hơn 0.2)
Phương pháp A2O màng sinh học giá thể lưu động có ưu điểm hiệu quả
xử lý cao, nước thải được xử lý triệt để, nước thải sau xử lý dễ dàng đạt tiêu
, vận hành dễ dàng thuận tiện, không yêu cầu bổ sung dinh dưỡ
Màng sinh học giá thể lưu động trong bể phản ứng được cấu tạo từ các giá
Do đó vi sinh vật trên giá thể
trong bể phản ứng Chính nhờ vào các điều kiện này khiến cho hiệu suất tiếp xúc giữa vi sinh vật và nước thải tăng cao,
Trang 28Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nâng cao cường độ trao đổi chất và phân hủy các chất thải của hệ vi sinh vật
Nhờ vào các điều kiện thuận lợi khi có mặt giá thể lưu động mà các quá
định hơn
Hình 1.10: Quá trình hình thành màng sinh học trên giá thể
Tóm lại phương pháp A2O màng sinh học lưu động có một số ưu điểm sau:
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại đối tượng nước thải, đặc biệt
là các loại nước thải công nghiệp khó phân hủy sinh học, hàm lượng COD, độc
không cần bổ sung thêm nguồn cacbon và nitor, giảm thiểu chi phí xử lý
- Hàm lượng bùn hoạt tính thải ra thấp, giảm thiểu diện tích lắp đặt thiết
bị xử lý bùn thải và chi phí xử lý bùn thải này
- Giá thể có độ bền cao có thể sử dụng trong thời gian lâu dài từ 1-2 năm
- Hiệu suất xử lý cao với hiệu suất loại COD tới 80-99% Quá trình vận hành, lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống đơn giản, chi phí thấp
Liu Chen dong [8] sử dụng phương pháp A2O màng sinh học giá thể lưu
Trang 29Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
đạt 92,4% và 98,8% với chất lượng nước thải sau xử lý COD là 114mg/l và BOD5 là 3,1mg/l
Dưới đây là một số hình ảnh về sử dụng màng sinh học giá thể lưu động kết hợp với các phương pháp sinh học ứng dụng xử lý nước thải
Hình 1.11: Giá thể lưu động
trong bể kỵ khí
Hình 1.12:Giá thể lưu động trong bể hiếu
khí
Trang 30Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 1.13: Công nghệ A2 kết hợp màng sinh học giá thể lưu động
Hình 1.14: Công nghệ A2O kết hợp màng sinh học giá thể lưu động
Hình 1.15: Công nghệ AO kết hợp màng giá thể lưu động
Trang 31Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 1.16: Một số hình ảnh về các loại giá thể đang được sử dụng hiện nay
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
- Kính hiển vi quang học Olympus, Nhật
- Box cấy vi sinh, Trung Quốc
- Cân phân tích Adam, Anh
- Tủ ấm, Trung Quốc
Trang 32Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Máy lắc vi sinh ổn nhiệt, Trung Quốc
- Máy đo mật độ quang, Trung Quốc
- Máy ly tâm Heititech, Đức
- Bộ pipet Hirchman, Đức
- Máy Vontex, Đức
- Máy Quang phổ tử ngoại khả kiến
Ngoài ra còn các dụng cụ khác như: máy thổi khí, khuấy từ, bình tam giác các loại, ống nghiệm, cốc đong…
Môi trường phân lập Vi khuẩn Nitrit hóa có thành phần (g/l): Môi trường Vinogratki I: (NH4)SO4: 2g; K2HPO4: 1g; MgSO4.7H2O: 0,5g; NaCl: 2g; FeSO4.7H2O: 0,4g; CaCO3: 1g
Môi trường phân lập vi khuẩn Nitrat hóa có thành phần (g/l) (Môi trường Vinogratki II): NaNO2:1g; Na2CO3:1g; K2HPO4: 1g; MgSO4.7H2O: 0,5g; NaCl: 0,5g; FeSO4.7H2O: 0,3g
Môi trường nước thải nhân tạo có thành phần (g/l) như sau: Glucose: 0,311g; (NH4)2SO4: 0,118g; KH2PO4: 0.022g; MgSO4.7H2O: 2,85mg; CaCl2:
2.1.4 Các loại giá thể và đặc điểm của chúng
Giá thể đa lỗ là loại giá thể có nhiều đặc tính tốt đối với việc cố định tế bào vi sinh ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải Chúng có đặc điểm tỷ lệ diện tích bề mặt và thể tích lớn, độ xốp cao, khẳ năng hấp thụ lớn, khó bị tắc nghẽn trong quá trình sử dụng, có khẳ năng trao đổi dinh dưỡng và khí tốt Hơn nữa loại này còn có ưu điểm là giá thành hợp lý, quá trình sản xuất đơn giản không yêu cầu thiết bị phức tạp, nhiều công đoạn Giá thể đa lỗ thường có một
số đặc tính như sau:
(1) Tỷ trọng: khi bổ sung giá thể có tỷ trọng cao sẽ làm tăng lượng tiêu hao năng lượng điện phục vụ cho các quá trình sục khuấy, nếu tỷ trọng thấp
Trang 33Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khiến cho giá thể chuyển động quá nhanh trong bể phản ứng, ngược lại tỷ trọng tiến gần đến giá trị 1 thì cần phải sục khí mạnh hơn để giá thể lưu động khắp bể phản ứng, tuy nhiên khi đó năng lượng điện tiêu hao để sục khí cũng lớn hơn rất
(3) Không độc đối với vi sinh vật Bản thân giá thể khi sử được sử dụng phải không có độc tính đối với vi sinh vật, khi đó quá trình cố định của vi sinh vật mới đạt mật độ, khả năng sinh trưởng lâu dài trên giá thể, khi đó quá trình trao đổi chất tiêu thụ các chất ô nhiểm trong nước thải mới được nâng cao hoạt
độ khoáng hóa đến cùng các chất ô nhiễm trong nước biến các chất hữu cơ thành
CO2 và nước, biến các hợp chất chứa nito thành khí N2, biến các hợp chất ô nhiễm chứa phot pho thành sinh vật lượng Hơn nữa bề mặt giá thể có đặc tính tốt là một vấn đề vô cùng quan trọng trong quá trình khởi động hệ thống xử lý, khi bề mặt giá thể có đặc tính tốt khiến cho vi sinh vật có khả năng bám và cố định một cách nhanh chóng, hệ phản ứng nhanh chóng ổn định và có hiệu quả
xử lý cao
(4) Bề mặt giá thể có độ dẫn điện tốt: Quy trình xử lý bằng phương pháp sinh học, tại bể phản ứng thường có giá trị pH xấp xỉ 7, khi đố bề mặt của vi sinh vật sẽ có độ dẫn điện nhất định nếu bề mặt của giá thể cũng có độ dẫn điện tương thích thì thì quá trình cố định vi sinh vật diễn ra trên bề mặt giá thể một
Trang 34Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
cách nhanh chóng, có độ bám cao nâng cáo được hiệu quả của giá thể trong bể phản ứng
(5) Có độ ái nước nhất định Đối với các hệ phản ứng màng sinh học, khả năng ưu nước của giá thể là rất quan trọng có và có ảnh hwuongr lớn đến tốc độ bám và cố định của vi sinh vật lên đó Giá thể có độ ưu nước cao, thì quá trình
xử lý hiếu khí càng tốt, tác động của quá trình sục khí và lực tác động của nước
bị giảm, màng vi sinh cố định khó bị bong rời ra, khi đó sinh vật lượng trên mang được tăng cao bảo đảm được hiệu quả xử lý và ít bị biến động do các tác nhân bên ngoài
(6) Có cấu tạo đa lỗ: Quá trình xử lý nước thải, ở trạng thái lưu động vi sinh vật tập trung và bám vào các cấu trúc đa lỗ ở bên trong giá thể và hình thành nên các màng cố định Nếu tính theo kết cấu 3D nếu các lỗ có kích thước quá nhỏ gây bất lợi cho vinh sinh vật đi vào và cố định lên đó, nếu kích thước các lỗ quá lớn, vi sinh vật rất khó tồn tại trên giá thể thì khi độ xốp quá nhỏ thì thể tích chết của giá thể quá lớn dẫn đến các vi sinh vật khó đạt được mật độ cao trên đó Cho nên hình dạng cấu trúc 3D của giá thể là một yếu tố vô cùng quan trọng để lựa chọn giá thể
(7) Giá thành của giá thể: Nguyên liệu và quá trình sản xuất ra gia thể phải đảm bảo hợp lý khi đó mới mang lại hiệu quả đầu cho hệ thống xử lý Hiện nay giá thể được sử dụng chủ yếu bằng các loại vật liệu sau PE, HDPE, PVC,
PS, PP, PU Các tính chất và giá thành của các loại vật liệu để sản xuất giá thể vi sinh được thể hiện ở bảng và hình dưới đây:
Bảng 2.1: Đặc tính sử dụng của một số loại vật liệu làm giá thể vi sinh
Trang 35Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Khả năng phân
hủy sinh học
Bình thường
tốt
Rất tốt
Rất tốt
Rất cao
Rất kém
Rất kém
Rất kém
Dưới đây là đặc tính của một số loại giá thể được sử dụng trong quá trình thí nghiệm:
- Vật liệu chế tạo : nhựa HDPE
Trang 36Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Vật liệu chế tạo : nhựa PE
- Vật liệu chế tạo : nhựa PE
- Vật liệu chế tạo : nhựa PE
Trang 37Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Vật liệu chế tạo : nhựa PU
Hình 2.1: Một số giá thể vi sinh được sử dụng phổ biến hiện nay 2.2 PHƯƠNG PHÁP
2.2.1 Phương pháp phân lập vi sinh vật
Cân 1g bùn hoạt tính cho vào ống nghiệm chứa 9ml nước muối sinh lý vô trùng, trộn đều bằng máy vôltex
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 mười 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
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.1/K.1/V Trong đó:
CFU- Conoly forming unit
Trang 38Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
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 3 lần để tăng độ chính xác
2.2.2 Phương pháp phân tích COD
Thuốc thử
Dung dịch tiêu chuẩn: Potassium biphthalate: 0,5101g, nước cất 500ml Dung dịch oxy hóa K2Cr2O7 24,515g; (NH4)6Mo7O24.4H2O 2,654g; Kal(SO4)2 5g; H2SO4 100ml; nước cất 398,7ml
Dung dịch Ascobic cân 10g trong 100ml nước
- K(SbO)C4H4)O6.0,5H2O cân 0,35g trong 100ml nước
- 300ml dung dịch H2SO4 tỷ lệ 1:1
Trang 39Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nước đến 1000ml
Phương pháp xác định
Xây dựng đường chuẩn:
0,2; 0,3; 0,5;0,7; 0,8; 0,9; 1ml cho vào ống nghiệm tiêu chuẩn có nút mài 25ml Thêm nước cho đến vạch định mức 10ml
C trong
30 phút
Để nguội rồi thêm nước đến vạch 25ml
Thêm 0,5ml dung dịch Ascorbic, để yên trong 15 giây, sau đó tiếp tục thêm 1ml dung dịch muối Mo, tiếp tục để yên 15 phút
Dung dịch chuẩn: cân 0,4717g (NH4)2SO4 trong 100ml nước được dung dịch gốc, lấy 0,5ml dung dịch gốc thêm nước cho đạt 100ml được dung dịch tieu chuẩn có nồng độ 5,05µg/ml
Phương pháp xác định