THUYẾT MINH ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Tên đề tài - Tên tiếng Việt: Nghiên cứu xử lý N-NH4 trong nước rỉ rác bằng vi khuẩn khửsắt trong điều kiện kỵ khí - Tên tiếng Anh: Study on the treatment of N-NH4 in leaching with iron-r

Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

Mẫu R01 - cập nhật TT55 Ngày nhận hồ sơ

Mã số đề tài

(Do CQ quản lý ghi)

THUYẾT MINH

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

A THÔNG TIN CHUNG

A1 Tên đề tài

- Tên tiếng Việt: Nghiên cứu xử lý N-NH4 trong nước rỉ rác bằng vi khuẩn khửsắt trong điều kiện kỵ khí

- Tên tiếng Anh: Study on the treatment of N-NH4 in leaching with iron-reducingbacteria under anaerobic conditions

A2 Thuộc ngành/nhóm ngành (N/NN)

thải

Giới thiệu chuyên gia/nhà khoa học am hiểu đề tài này (không bắt buộc)

chuyên sâu

Cơ quan công tác, địa chỉ Điện thoại, Email

1

A3 Loại hình nghiên cứu

(Tham khảo tiêu chuẩn đề tài đối với từng loại hình NC, chọn 01 trong 03 loại hình)

A4 Thời gian thực hiện

(Tham khảo tiêu chuẩn đề tài cấp ĐHQG-HCM loại A, B, C để chọnthời gian thực hiện phù hợp)

12 tháng(kể từ khi được duyệt).

Kinh phí khoán chi:… triệu đồng

Kinh phí không khoán chi: ….triệu đồng

- Kinh phí từ nguồn huy động (vốn tự có và vốn khác):Click here to enter text.triệu đồng, trong đó:

Vốn tự có: Click here to enter text.triệu đồng (văn bản chứng minh kèm theo)

Vốn khác: Click here to enter text.triệu đồng (văn bản chứng minh kèm theo)

Đã nộp hồ sơ đề nghị tài trợ từ nguồn kinh phí khác? (nếu có, ghi rõ tên tổ chức tài trợ)Click here to enter text.

A6 Chủ nhiệm

Học hàm, học vị, họ và tên:Click here to enter text.

Ngày, tháng, năm sinh: Giới tính:

Số CMND: Click here to enter text.; Ngày cấp:; Nơi cấp: Click here to enter text.

Mã số thuế cá nhân: Click here to enter text.

Số tài khoản:Click here to enter text.;Tại ngân hàng:Click here to enter text.

Cơ quan công tác, địa chỉ:Click here to enter text.

Điện thoại di động:Click here to enter text. ; Email:Click here to enter text.

Tóm tắt kinh nghiệm có liên quan đến đề tài của nhóm nghiên cứu

(không quá 500 chữ)

- Nghiên cứu Khoa học và Chuyển giao Công nghệ Bảo vệ Môi trường và Tài nguyên: làlĩnh vực thế mạnh hàng đầu của Viện Môi trường và Tài nguyên Với lợi thế về thươnghiệu truyền thống, cơ sở vật chất phòng thí nghiệm hiện đại, đội ngũ cán bộ có kinhnghiệm và tâm huyết, ngoài các đề tài dự án và chương trình/nhiệm vụ cấp Nhà nước (chủyếu do Bộ TN&MT, Bộ KHCN và Bộ GDĐT thông qua ĐHQG-HCM giao), hàng nămViện còn thực hiện được rất nhiều đề tài dự án cấp tỉnh thành với kinh phí hàng chục tỷđồng mỗi năm, nhất là tại khu vực các tỉnh Đông Nam bộ và Đồng bằng sông Cửu Long,đóng góp đáng kể cho công tác nghiên cứu KH và chuyển giao công nghệ cho khu vực

- Nguồn nhân lực: 108 nhân viên bao gồm 1 GS, 5 PGS; 9 TS-NCS; 27 ThS; 66 KS hoạtđộng trong lĩnh vực môi trường

- Với thế mạnh cơ sở vật chất PTN hiện đại đã được chứng nhận tiêu chuẩn chất lượng(ISO/VILAS) và đội ngũ chuyên môn được đào tạo bài bản, hơn nữa lại được Bộ TN&MTgiao nhiệm vụ quan trắc quốc gia hàng năm Nổi bật hơn cả trong thời gian gần đây (2010)

là việc hoàn thành tốt nhiệm vụ quan trắc môi trường nước sông Thị Vải (để đánh giá thiệthại do ô nhiễm môi trường) do Tổng cục Môi trường – Bộ TN&MT giao

- Các đề tài/hợp đồng tiêu biểu:

+ Nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý nước rác bằng chế phẩm vi sinh trên giá thểdiatomit, qui mô 10 m3/ngày Đề tài cấp TP, Sở KHCN 2006 – 2007

+ Xử lý nước thải công nghiệp chế biến tinh bột khoai mì và quản lý tổng hợp ô nhiễmnước trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Nhiệm vụ Nghị định thư 2010 - 2012+ Nghiên cứu công nghệ bảo vệ môi trường nước và xây dựng các mô hình quản lý tíchhợp môi trường vùng ven biển Đề tài NDT ĐHQG HCM 2012 - 2015

A7 Cơ quan chủ trì

Tên cơ quan: Viện Môi trường và Tài nguyên

Nam

Họ và tên thủ trưởng: Click here to enter text.

Điện thoại: 08.38651132 – 08.22685678 Fax: Nhà nước quận 10, TP.Hồ Chí MinhE-mail: Click here to enter text.

Số tài khoản:Click here to enter text..Tại kho bạc:Click here to enter text.

A8 Đối tác có đóng góp cho nghiên cứu

(Giấy xác nhận đính kèm theo mẫu R04)

Cơ quan 1: Click here to enter text.

Họ và tên thủ trưởng: Click here to enter text

Điện thoại: Click here to enter text.Fax: Click here to enter text

Địa chỉ:Click here to enter text

Khả năng đóng góp cho đề tài của đối tác (không quá 500 chữ)

Click here to enter text

Cơ quan 2:

Họ và tên thủ trưởng:

Điện thoại: Fax:

Địa chỉ:

Khả năng đóng góp cho đề tài của đối tác (không quá 500 chữ)

Click here to enter text

Click here to enter text

A9 Nhân lựcnghiên cứu

(Chỉ cung cấp lý lịch khoa học của thành viên chủ chốt đính kèm theo mẫu R03; đối với thành viên chủ chốt không thuộc ĐHQG-HCM thì cầnbổ sung giấy xác nhận phối hợp thực hiện theo mẫu R04)

Danh sách học viên cao học (HVCH), sinh viên (SV)

(HVCH, SV dự kiến tham gia và sẽ hoàn thành luận án tốt nghiệp từ đề tài)

B MÔ TẢ NGHIÊN CỨU

B1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong, ngoài nước

(Trên cơ sở đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, phân tích những công trình nghiên cứu, những kết quả mới nhất có liên quan đến đề tài, đánh giá những khác biệt về trình độ KH&CN trong nước và thế giới, những vấn đề đã được giải quyết, cần nêu rõ những vấn đề còn tồn tại)

Nghiên cứu ngoài nước

Jun feng Su, Ce Cheng, Ting lin Huang, Fang Ma, Jin suo Lua và Si cheng Shaoa Khả năng đồng thời khử Fe(III) và oxi hoá amoni của chủng vi khuẩn Klebsiella sp FC61 trong điều kiện kỵ khí Royal Society of Chemistry, January 2016

Sự khử Fe (III) đồng thời với quá trình oxy hóa amoni của loài FC61 đã được phân lập từ hồchứa nghèo dinh dưỡng ở Tây An (Trung Quốc) Loài FC61 được xác định là chủng vi khuẩnKlebsiella sp Nguồn Fe (III) và nguồn carbon được tối ưu hóa là Fe (III) -citrate và glucosetrong nghiên cứu ngày, và nó không chỉ có vai trò khử Fe (III) mà còn loại bỏ N-NH4+ trongđiều kiện kỵ khí Kết quả cho thấy hơn 75% N-NH4+ đã được loại bỏ sau 36 giờ Hơn nữa, tỷ

lệ khử Fe (III) xấp xỉ 95% trong 32 giờ ở 30°C Nghiên cứu nafyc cũng xác định được cácđiều kiện tối ưu của dòng FC61 là pH 6.0, tỉ lệ cấy 10%, tỷ lệ C/N là 6/1 ở nhiệt độ 30°C.Nghiên cứu này đã chứng minh rằng dòng FC61 có khả năng khử Fe (III) đồng thời oxy hóaamoni dưới điều kiện kỵ khí

Wendy H Yang, Karrie A Weber, Whendee L Silver Giảm Nito trong đất qua quá trình oxi hoá amoni kỵ khí kết hợp với khử sắt The Earth and Atmospheric Sciences (2012).

Quá trình oxy hóa amoni là một bước quan trọng trong chu trình nitơ, điều chỉnh việc sản xuấtnitrat, oxit nitơ và dinitrogen Trong các hệ sinh thái biển và nước ngọt, quá trình oxy hóaamoni kỵ khí kết hợp với việc giảm nitrit, được gọi là anammox, chiếm tới 67% sản lượng N2.Việc tạo ra N2 thông qua quá trình oxy hóa amoni kỵ khí không thấy ở các hệ sinh thái trêncạn, nhưng quá trình oxy hóa kỵ khí Amoni thành nitrit đã được quan sát thấy trong đất ngậpnước dưới điều kiện khử sắt Nghiên cứu này được thực hiệc với việc ủ bùn đất vùng nhiệt đớiđồng thời amoni và Fe (III) để đánh giá khả năng oxi hóa amoni kỵ khí kết hợp với khử Fe(III), được gọi là Feammox Kết quả cho thấy Feammox có thể tạo ra N2, nitrit hoặc nitrattrong đất Việc tạo thành N2 trực tiếp là con đường Feammox chiếm ưu thế, làm ngắn mạchchu trình nitơ

Christopher J Lentini, Scott D.Wankel và Colleen M Hansel Làm giàu các nhóm vi khuẩn khử sắt (III) bởi nguồn cacbon bề mặt và khoáng vật sắt oxit Microbiological Chemistry, December 2012 - Volume 3 - Article 404

Sắt (Fe) ôxít tồn tại trong cấu trúc môi trường đất, với ferrihydrite là phổ biến nhất Tuy nhiên,ferrihydrite không ổn định và biến đổi nhanh chóng thành các tinh thể oxit Fe (III) (goethite,hematite) Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá khả năng sử dụng các oxit Fe (III)(ferrihydrite, goethite, hematite) và cơ chất cacbon (glucose, lactate, axetat) để làm giàu choquần thể vi sinh vật có khả năng khử các oxit Fe Kết quả cho thấy, carbon là nguồn biến đổiquan trọng nhất tạo nên thành phần chủng vi khuẩn trong quá trình khử Fe (III), đồng thời cảhai loại oxit Fe và bùn loãng cũng có ảnh hưởng đáng kể Ví dụ, với axetat là nguồn carbon,chỉ có các chất làm giàu ferrihydrit mới đóng vai trò trong việc khử Fe (III) và chủng vi khuẩnGeobacter sp là loài chiếm ưu thế Ngược lại, khi cung cấp glucose và lactate, cả ba loại oxit

Fe đều bị khử với sự có mặt của các vi khuẩn lên men (ví dụ Enterobacter spp.) và các vikhuẩn giảm sulfat (ví dụ, Desulfovibrio spp.)

Wooshin Park, Youn-Ku Nam, Myun-Joo Lee, Tak-Hyun Kim Oxi hóa amoniô kỵ khí kết hợp với khử Fe 3+ bởi một môi trường kỵ khí từ hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi được thích

nghi bằng môi trường đệm NH 4+ /Fe 3+ Biotechnology and Bioprocess Engineering, October

2009, Volume 14, Issue 5, pp 680–685.

Sự oxy hóa amoni kết hợp với khử sắt là một con đường phổ biến nhất trong môi trường đất

và trầm tích Bùn kỵ khí từ một nhà máy xử lý nước thải chăn nuôi đã được thích nghi với môitrường giàu NH4+/Fe3+ Môi trường nuôi cấy được xác định ở pH trung bình là 6,8 và nồng độhỗn hợp MLVSS là 1,120 mg/L Tỉ lệ mol của chất oxy hóa NH4+ và Fe3+ là 0,33 mol NH4+/mol Fe3+ Trong thí nghiệm dạng mẻ sử dụng môi trường nuôi cấy, quá trình oxy hóa NH4+

tăng khi nồng độ ban đầu tăng lên Tuy nhiên, có sự nghi ngờ từ các kết quả thực nghiệm rằngcác vi khuẩn khử sắt khác đã phát triển trong điều kiện môi trường được áp dụng cho nuôi cấy.Kết quả là đã quan sát cho thấy các chất sắt dị dưỡng và tự dưỡng đã cạnh tranh với Fe3+

Dr Peter Jaffé, Princeton University Một vi sinh vật mới được xác định ảnh hưởng đến chu

kỳ N: oxy hóa amoni trong đất khử sắt.

Sự oxi hóa amoni (NH4+) kết hợp với việc khử sắt trong điều kiện không có oxy và nitrate/nitrit (NO3- / NO2-) lần đầu tiên được ghi nhận trong một vùng đất ngập nước ven sông ở NewJersey và đã được đặt tên là Feammox Feammox là một quá trình có thể được mô tả như làquá trình oxy hóa của NH4+ trong điều kiện khử sắt, với các oxit sắt [sắt Ferric, Fe (III)] là chấtnhận electron Trong phản ứng này Fe (III) được khử thành sắt Fe (II), trong khi NH4+ đượcchuyển hoá thành NO2-, khí Nitơ (N2) hoặc các dạng Nitơ khác Trước tiên, nghiên cứu đã xácđịnh và phân lập được chủng vi khuẩn Acidimicrobiaceae tinh khiết A6 chịu trách nhiệm choquá trình Feammox này Feammox là một quá trình quan trọng đối với việc mất nitơ trong môitrường đất giàu axit, giàu chất sắt trong điều kiện kỵ khí Kết quả nghiên cứu vận hành bểphản ứng màng với hàm lượng Acidimicrobianceaebacterium A6 cao (khoảng 50%) cho thấy

có thể phát triển công nghệ loại bỏ khí NH4+ khỏi nước thải dựa trên quá trình Feammox, cóthể hiệu quả hơn ở nhiệt độ thấp so với quá trình Anammox

Melany P Ruiz-Urigüen Mô tả quá trình Feammox qua vi khuẩn trung gian: ảnh hưởng nhiệt

độ và các chất nhận electron The department of civil and environmental engineering, 2014.

Nghiên cứu này xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình Feammox của vi khuẩn trongcác thí nghiệm theo mẻ trong điều kiện kiểm soát pH và nồng độ đầu vào để xác định cácđộng học phụ thuộc vào nhiệt độ Nghiên cứu cũng kiểm tra ảnh hưởng của anthraquinone-2,6-disulfonat (AQDS) trong việc tăng cường chuyển electron từ quá trình oxy hóa amonithành hạt sắt Kết quả cho thấy việc loại bỏ amoni tối ưu xảy ra ở 20ºC AQDS không ảnhhưởng đến tốc độ loại bỏ amoni; Tuy nhiên, với sự có mặt của nó, lượng sắt ít bị giảm đi làmcho AQDS có thể hoạt động như một chất nhận electron Các kết quả nghiên cứu góp phầnlàm sâu sắc hơn kiến thức của chúng ta về nhu cầu sinh học của quá trình Feammox qua cácquá trình nuôi cấy để tối ưu hóa nó Hơn nữa, hiệu quả của nhiệt độ cũng cho phép chúng taxác định tính khả thi của ứng dụng Feammox-vi khuẩn trong xử lý nước thải

Nghiên cứu trong nước

Ngô Thị Kim Toán, Nguyễn Kim Huy Nghiên cứu phân lập tuyển chọn các chủng vi sinh vật ứng dụng xử lý nước thải giàu nitơ, photpho Trường đậi học khoa học Tự nhiên Hà Nô ̣i, 2012.

Nghiên cứu đã phân lập được 65 chủng vi sinh vật trên môi trường Winogradsky và 21 chủngtrên môi trường AMM từ các mẫu nước thải ở Thanh Hóa và Hà Nội Từ đó tuyển chọn được

4 chủng vi sinh vật có khả năng hình thành màng sinh học và có khả năng xử lý nitơ vàphotpho tốt nhất là các chủng có ký hiệu B11.11, B21.10, B23.2 và A4.2 Các chủng có khảnăng hình thành màng sinh học ở nhiệt độ trong khoảng từ 37 đến 50oC, pH từ 7 đến 8 Trong

đó, phân loại và xác định được 3 chủng có khả năng xử lý nitơ tốt nhất, từ đó xác định chủng

vi khuẩn hiệu quả nhất là chủng B11.11 có khả năng chuyển hóa 85.21% NH4+ sau 20 ngàynuôi cấy, chủng B21.10 chuyển hóa 97,28% và B23.2 chuyển hóa 97,14% lượng NO2- sau 20ngày nuôi cấy

Cao Ngọc Điệp, Nguyễn Thị Hoàng Nam Ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas Stutzeri và Acinobacter Lwoffii loại bỏ Amoni trong nước thải từ rác hữu cơ Tạp chí Khoa học trường Đại học Cần Thơ 2012:22b 1-8

Nghiên cứu được tiến hành nhằm đánh giá khả năng oxi hoá amoni ở những nồng độ Amonikhác nhau trong điều kiện có và không có sục khí ở điều kiện Phòng thí nghiệm Kết quả chothấy các dòng vi khuẩn đều có khả năng oxi hoá amoni rất tốt ở các nồng độ 50 mg/l và 100mg/l, trong đó dòng Pseudomonas Stutzeri D3b và Acinobacter Lwoffii TN7 có khả năng loại

bỏ Amoni tốt nhất Hiệu suất oxi háo amoni của Pseudomonas Stutzeri D3b là 97,2% và98,57% và dòng Acinobacter Lwoffii TN7 là 96,32% và 98,31% ở nồng độ 50mg/l và 100mg/l của nước rỉ rác, theo thứ tự trong thời gian 3 ngày

Cao Ngọc Điệp, Đoàn Tấn Lực Phân lập, tuyển chọn và ứng dụng vi khuẩn chuyển hoá nitơ

và photpho từ bãi rác để xử lý N và P trong nước rỉ rác Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 33 (2014): 117-124

Trong nước rỉ rác chứa nhiều dòng vi khuẩn chuyển hoá nitơ và vi khuẩn tích lũypolyphosphate trong đó có nhiều dòng vi khuẩn có độ hữu hiệu cao Kết hợp hai dòng vikhuẩn chuyển hoá nitơ Enterobacter sp TND1.4 và dòng vi khuẩn tích lũy polyphosphateAcinetobacter soli HP3.2 loại bỏ N và P trong nước rỉ rác trong điều kiện sục khí ở mô hìnhthí nghiệm phòng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn B1 về ammonium, Tổng N, nitrite, nitrate,orthophosphate, Tổng P của QCVN 24 và QCVN 25: 2009/BTNMT

B2 Ý tưởng khoa học, tính cấp thiết và tính mới

(Chỉ ra những hạn chế cụ thể trình độ KH&CN trong nước và thế giới, từ đó nêu được hướng giải quyết mới - luận giải mục tiêu đặt ra của đề tài và tính cấp thiết, lợi ích của kết quả nghiên cứu đối với ngành, đối với tổ chức chủ trì, đối với xã hội)

Các nghiên cứu nước ngoài chưa được thử nghiệm đối với nước rỉ rác của Việt Nam, đặc thù các đô thị lớn tại nước ta

Các nghiên cứu trong nước chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu cơ bản và chưa tập trung vào Feammox và chưa đủ cơ sở để đưa vào ứng dụng thực tiễn

Tính cấp thiết

Nước rỉ rác có mức độ ô nhiễm cao và thành phần rất phức tạp, đặc biệt là thành phần Tổng N

và COD khó phân huỷ sinh học

-QCVN 25:2009/ BTNMT cột A

Nguồn: BCL Phước Hiệp, 2009

Bảng 2 Chất lượng nước rỉ rác KXL Nam Bình Dương trước và sau xử lý năm 2014 - 2015

Mùa mưa COD mg/l 1.245 – 1.804 39 - 133 50

Nguồn: KXL Nam Bình Dương, 2015

Bảng 3 Chất lượng nước rỉ rác BCL Trảng Dài

25:2009/BTNMT cột B

QCVN 25:2009/ BTNMT Cột B1

Đầu vào HTXLNT

Đầu ra HTXLNT

-TT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 40:2011/ QCVN

BTNMT,

QCVN 25:2009/ BTNMT

Hiện nay có rất nhiều quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác đã và đang được áp dụng tại cácbãi chôn lấp tại Việt Nam Tuy nhiên chất lượng nước sau xử lý của hầu hết các quy trình xử

lý hiện nay đều chưa đạt quy chuẩn xả thải, đặc biệt là thành phần Tổng N và COD Một sốcông nghệ xử lý nước rác hiện nay như sau:

Quy trình công nghệ trạm xử lý nước thải tập trung tại Nam Bình Dương công suất 480m 3 /ngày:

Bãi chôn lấp  Hồ lưu chứa tự nhiên  Sục khí sơ bộ  Bể trộn vôi nâng pH  Bể điềuhoà  Bể lắng cặn vôi  Tháp Air stripping khử NH3 hai bậc  Bể khử Canxi  Xử lý sinhhọc SBR  Keo tụ, lắng  Oxi hoá nâng cao Fenton 2 bậc  Bể lọc cát  Bể khử trùng 

Hồ sinh học  Xả thải ra nguồn tiếp nhận

Đây là công nghệ xử lý khá hiện đại, hệ thống xử lý được điều khiển tự động bằng SCADAđược đưa vào vận hành năm 2009 Nước thải sau khi xử lý (đạt QCVN 40:2011/BTNMT)cùng với toàn bộ nước mưa của nhà máy sẽ theo hệ thống thoát nước chung chảy ra suối BôngTrang, dẫn ra suối Bến Tượng, sau đó đổ ra sông Thị Tính Trong đó, thấp Air stripping haibậc dùng để xử lý N-NH4+ trong nước rỉ rác Tại đây nước thải được bổ sung thêm hóa chấtNaOH để duy trì pH cho quá trình xử lý tại tháp Stripping bằng bơm định lượng hóa chất

Công nghệ xử lý nước rỉ rác bãi chôn lấp Phước Hiệp công suất 800 m 3 /ngày

Hồ lưu chứa  Xử lý cơ học, tách rác  Bể trộn vôi  Tháp Air Stripping khử NH3 Khử Canxi  Cụm xử lý sinh học (Aeration tank)  Oxy hoá nâng cao (Fenton)  Bể lọccát  Bể khử trùng  Xả thải ra nguồn tiếp nhận

Quy trình công nghệ trạm xử lý nước thải tập trung tại Trảng Dài công suất 150m 3 /ngày:

Nước thải  Song chắn rác  Bể gom nước thải  Bể điều hoà  Bể sinh học kỵ khínhiều ngăn  Bể sinh học hiếu khí vật liệu đệm  Bể lắng  Bể Khuấy trộn  Bể phản ứnghoá học  Bể keo tụ  Bể lắng vách nghiêng  Bể khử trùng  Hồ sinh học

Quy trình công nghệ trạm xử lý nước thải tập trung tại Bàu Cạn công suất 200m 3 /ngày:

Nước rác  Hồ lưu chứa  Bể nâng pH/Bể điều hoà  Bể tạo bông 1  Bể lắng 1 

Bể trung gian 1  Tháp thổi khí  Bể trung hoà  Bể lọc sinh học kỵ khí  Bể lọc sinh họchiếu khí  Bể lắng 2  Bể trung gian 2  Bể PƯ Fenton 1  Bể trung hoà – Bể lắng 3 

Bể chứa nước sau xử lý

Từ thực trạng một số quy trình công nghệ xử lý nước rỉ rác cho thấy, công nghệ áp dụng xử lýthành phần N trong nước thải chủ yếu là sử dụng tháp Air stripping, là phương pháp sục khí ở

pH cao để đuổi NH3

Tuy nhiên, các công nghệ trên cũng tồn tại một số vấn đề cần quan tâm:

+ Tháp Air stripping xử lý NH3 dễ bị nghẹt do hàm lượng cặn vôi lẫn trong nước rỉ rác caodẫn đến hiệu quả xử lý bị ảnh hưởng và không ổn định

+ Hiệu quả xử lý Nito kém và không ổn định, thiếu công đoạn khử N-NO3

-+ Công suất và hiệu quả xử lý N không ổn định và chưa đạt quy chuẩn xả thải

Amôni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:

NH4+ <=> NH3(khí hoà tan) + H+ với pKa = 9,5

Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ amôniac khí so với amôni Nếu ta nâng pH tới9,5 tỷ lệ [NH3]/[NH4+] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH3 Khi

đó nếu áp dụng các kỹ thuật sục hoặc thổi khí thì amôniac sẽ bay hơi theo định luật Henry,làm chuyển cân bằng về phía phải:NH3(dung dịch) <=> NH3(khí)

Trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi amôniac ở mức 1600

m3 không khí/1 m3 nước và quá trình rất phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và sau đó phải hạ

pH đến khoảng 8 để phù hợp với các quá trình sinh học tiếp theo Như vậy, quá trình này sẽ

tiêu hao nhiều hóa chất và năng lượng thổi khí Nhưng về bản chất chỉ chuyển ô nhiễm từnước vào khí, gây mùi hôi

Sau thổi khí, phần N còn lại được xử lý bằng quá trình truyền thống nitrat hóa – khử nitrattrong hệ SBR, tuy nhiên công nghệ này chỉ đáp ứng với T-N đầu vào ở mức 100mg/l Do đó,yêu cầu hiệu quả thổi khí đuổi amoni rất cao

N-NH4 + N-NO3 - Hiệu suất xử lý

Thu hoạch sinh

Quá trình Nitrat

hoá

Xử lý cỏ giớihạn

Chuyển hoáthành Nitrat

Hình 1.1 Chu trình Nitơ Quá trình Feammox được thể hiện bằng màu xanh Lưu ý Feammoxliên kết khí nitơ và chu trình sắt Norg: nitơ hữu cơ; NH4+: amoni; N2: khí Nito; N2O: oxit nitơ;

NO: oxit nitric; NO2-: Nitrite, NO3-: nitrat; (Schnoor 1996)

Các quá trình loại bỏ N được áp dụng rộng rãi để xử lý nước giàu N như nước thải Nước thảiđòi hỏi tất cả các dạng N phải ở trạng thái oxi hóa nhất của nó, nitrate (NO3-) trước khi thải ramôi trường để đảm bảo oxy hoà tan (DO) không thể oxy hóa N nữa Nitrate hóa là quá trìnhchính để loại bỏ NH4+ trong quá trình xử lý nước thải Các vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng đượcbiết đến như các nitrifiers chủ yếu dẫn động quá trình này

Trong trường hợp không có oxy, hai quy trình trung gian gây ra bởi vi khuẩn đã được mô tả đểloại bỏ NH4+ là Anammox (van der Star và cộng sự, 2007) và Feammox (Clement và cộng sự,2005; Shrestha và cộng sự, 2009) Quy trình anammox đòi hỏi bước nitrat hóa hiếu khí banđầu để hình thành NO2-, kết hợp với NH4+ trên cơ sở cân bằng để tạo ra chủ yếu là N2 (VanHulle và cộng sự, 2007) Tiến trình Feammox là quá trình oxy hóa NH4+ hoàn toàn kỵ khí với

sự kết hợp chất oxy hóa NH4+ với sắt Fe (III) để tạo thành NO2- (Clement, et al 2005) và cóthể là N2 (Yang và cộng sự, 2012)

Quá trình Feammox được thực hiện do một nhóm vi khuẩn không được nuôi cấyAcidimicrobiaceaebacterium có tên là A6 thuộc dòng Actinobacteria (Huang và Jaffe, 2013);gọi là vi khuẩn Feammox Clement và cộng sự (2005) lần đầu tiên tìm thấy Feammox ở cácvùng đất ngập nước ven sông có rừng ở New Jersey Quá trình này có tính khả dụng về nhiệtđộng học khi tính toán đối với các oxit sắt tự nhiên như goethit (FeOOH):

NH4+ + 6FeOOH + 10H+  NO2- + 6Fe2+ + 10H2O (△G = -30.9 kJ mol-1 ) (1)

Quá trình Feammox có thể tạo ra N2 (phương trình 2) hoặc NO2- (phương trình 3) khi sửdụng sắt (III) hydroxit [Fe(OH)3] làm nguồn sắt ferric, dẫn đến phản ứng thuận lợi về nhiệtđộng lực học hơn

NH4+ + 3Fe(OH)3 + 5H+  0,5N2 + 3Fe2+ + 9H2O (△G = -164 kJ mol) (2)

NH4+ + 6Fe(OH)3 + 10H+  NO2- + 6Fe2+ + 16H2O (△G = -245 kJ mol-1 ) (3)

Có thể thấy, việc sử dụng các vi khuẩn khử sắt có sẵn trong môi trường đất để xử lý

N-NH4 thành Ni tơ phân tử là giải pháp thân thiện môi trường

B3 Kết quả nghiên cứu sơ khởi

(Trước khi đệ trình đề cương này, nhóm nghiên cứu có thể đã thực hiện những nghiên cứu sơ khởi, nếu

có thì trình bày kết quả và kỹ thuật sử dụng)