Xử lý Ammonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp Nitrification và Anammox

1. Ñaët Vaán Ñeà Trong caùc ngaønh coâng nghieäp, trong ñoù coù ngaønh chaên nuoâi haøng naêm tieâu thuï moät löôïng nöôùc raát lôùn. Töø ñoù thaûi ra moät löôïng nöôùc thaûi raát lôùn coù noàng ñoä ammonium khaù cao. Vieäc xaû boû N - ammonium vaøo moâi tröôøng laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân chính gaây neân hieän töôïng phuù döôõng hoùa nguoàn nöôùc, daãn ñeán oâ nhieãm vaø maát caân baèng sinh thaùi. Vì vaäy vieäc nghieân cöùu öùng duïng caùc quaù trình khöû ammonium trong caùc loaïi nöôùc thaûi giaøu nitô mang moät yù nghóa thöïc tieãn cao. Ôû nöôùc ta, coâng taùc xöû lyù nöôùc thaûi thöôøng chæ chuù troïng ñeán vieäc loaïi boû COD, BOD maø chöa quan taâm ñuùng möùc ñoái vôùi chæ tieâu oâ nhieãm ammonium. Taïi TP. Hoà Chí Minh chæ coù moät soá ít caùc cô sôû, xí nghieäp chaên nuoâi coù trang bò heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi vaø haàu heát laø thaûi boû ra caùc keânh raïch, soâng suoái... Khaùm phaù caùc loaïi vi sinh vaät môùi nhaèm tìm ra caùc phöông phaùp môùi ñeå khöû ammonium trong nöôùc thaûi töø laâu ñaõ ñöôïc nghieân cöùu treân theá giôùi. ÖÙng duïng quaù trình Nitrification –Anammox ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp ñang laø ñeà taøi haáp daãn caùc nhaø sinh vaät hoïc vaø moâi tröôøng hoïc. ÔÛ Vieät Nam, ngaønh coâng ngheä moâi tröôøng tuy vaãn coøn non treû, nhöng vôùi söï quan taâm ñaëc bieät cuûa nhaø nöôùc neân trong nhöõng naêm gaàn ñaây ñaõ coù nhöõng tieán boä ñaùng keå trong coâng taùc nghieân cöùu vaø öùng duïng caùc tieán boä khoa hoïc kyõ thuaät vaøo coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi baûo veä moâi tröôøng. Chính vì nhöõng lyù do treân maø vieäc nghieân cöùu öùng duïng quaù trình Nitrification – Anammox, laø quaù trình khöû ammonium baèng vi sinh vaät hieáu khí- kî khí trong nöôùc thaûi ngaønh chaên nuoâi ñeå cho saûn phaåm cuoái cuøng laø khí nitô, moät loaïi khí ñöôïc xem nhö voâ haïi ñoái vôùi moâi tröôøng, seõ môû ra moät höôùng ñi môùi khoâng nhöõng mang yù nghóa veà maët khoa hoïc, hôn theá nöõa noù coøn phuø hôïp vôùi quan ñieåm phaùt trieån beàn vöõng hieän nay, ñoù laø taêng tröôûng kinh teá phaûi ñi ñoâi vôùi baûo veä moâi tröôøng. 2. Muïc Tieâu Nghieân Cöùu Nghieân cöùu quaù trình chuyeån ñoåi ammonium trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo baèng vieäc öùng duïng quaù trình Nitrification vaø Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) 3. Noäi Dung Nghieân Cöùu Khaûo saùt thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa buøn thaûi ñöôïc laáy töø beå laéng (buøn hieáu khí) vaø töø beå kî khí (buøn kî khí) cuûa heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo (Xí nghieäp heo gioáng Ñoâng AÙ, huyeän Dó An, tænh Bình Döông) Nghieân cöùu ñieàu kieän moâi tröôøng thích hôïp ñeå vi khuaån Nitrosomonas, Nitrobacter vaø Anammox trong buøn thaûi phaùt trieån toát. Thieát keá, laép ñaët vaø vaän haønh moâ hình. Phaân tích caùc chæ tieâu N-NH4 , N-NO2 , N-NO3 , COD , P-PO4 , Fe , PH , SS, DO ….cuûa nöôùc thaûi ñaàu vaøo vaø ñaàu ra. Ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa quaù trình xöû lyù trong caùc ñieàu kieän khaùc nhau. Ñeà xuaát xaây döïng coâng ngheä thích hôïp ñeå xöû lyù ammonium cho ngaønh chaên nuoâi heo. 4. Phöông Phaùp Nghieân Cöùu Caùch Tieáp Caän Nghieân cöùu taøi lieäu lieân quan ñeán hieân traïng xöû lyù nöôùc thaûi cuûa caùc cô sôû, xí nghieäp chaên nuoâi heo ôû Vieät Nam Khaûo saùt söï bieán ñoäng veà thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Nghieân cöùu taøi lieäu lieân quan ñeán cô sôû lyù thuyeát vaø cô sôû thöc tieãn cuûa quaù trình Nitrification vaø Anammox trong vaø ngoaøi nöôùc. Phöông Phaùp Nghieân Cöùu Taïo söï thích nghi cho caùc vi khuaån Nitrosomonas, Nitrobacter vaø Anammox trong moâi tröôøng chöùa buøn thaûi. Xaây döïng moâ hình, vaän haønh ôû caùc ñieäu kieän khaùc nhau. Phaân tích caùc chæ tieâu hoùa lyù trong phoøng thí nghieäm theo TCVN cuûa nöôùc thaûi ñaàu vaøo vaø ñaàu ra nhaèm oån ñònh caùc thoâng soá. Töø caùc thoâng soá ñöa ra quy trình xöû lyù thích hôïp. 5. Giôùi Haïn Ñeà Taøi Caùc thí nghieäm vaø vaän haønh moâ hình Pilot vôùi quy moâ 200 – 500 lít/ngaøy vaø thieát bò phaûn öùng gheùp SHARON – ANAMMOX ñöôïc thöïc hieän taïi Vieän Sinh Hoïc Nhieät Ñôùi Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. Nöôùc thaûi ñöôïc laáy töø Xí nghieäp heo gioáng Ñoâng AÙ, huyeän Dó An, tænh Bình Döông. Noäi dung taäp trung vaøo vieäc öùng duïng quaù trình Nitrification vaø Anammox ñeå khöû ammonium trong nöôùc thaûi Xí nghieäp heo gioáng Ñoâng AÙ. Töø ñoù ñeà xuaát daây chuyeàn coâng ngheä thích hôïp ñeå khöû ammonium trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. 6. Ñòa Ñieåm - Thôøi Gian Nghieân Cöùu Ñòa Ñieåm Ñeà taøi naøy ñöôïc thöïc hieän taïi Phoøng Coâng Ngheä Bieán Ñoåi Sinh Hoïc vaø Moâi Tröôøng thuoäc Vieän Sinh Hoïc Nhieät Ñôùi (Khu Thöïc Nghieäm Khoa Hoïc vaø Coâng Ngheä Thuû Ñöùc) Giôùi Thieäu Vieän Sinh Hoïc Nhieät Ñôùi Vieän Sinh Hoïc Nhieät Ñôùi ñöôïc thaønh laäp theo Nghò ñònh 24/CP cuûa Thuû Töôùng Chính Phuû Nuôùc CHXHCN Vieät Nam ngaøy 25/05/1993 vaø quyeát ñònh soá 22/KHCNQG, quyeát ñònh ngaøy 19/06/1993 cuûa Ban Giaùm Ñoác Trung taâm Khoa Hoïc Töï Nhieân vaø Coâng Ngheä Quoác Gia ñaõ ñuôïc Boä Khoa Hoïc Coâng Ngheä vaø Moâi Tröôøng caáp giaáy chöùng nhaän hoaït ñoäng Khoa Hoïc Coâng Ngheä soá 260 ngaøy 30/03/1994 Truï sôû chính cuûa vieän ñöôïc xaây döïng taïi Thuû Ñöùc vaø hoaøn thaønh vaøo cuoái naêm 1998. Vieän coù 11 phoøng ban, phaân vieän nghieân cöùu taïi Ñaø Laït coù 4 phoøng thí nghieäm chuyeân ngaønh baûo taøng ñoäng thöïc vaät Taây Nguyeân vaø ñôn vò nghieân cöùu trieån khai laø Lieân Hieäp Khoa Hoïc saûn xuaát thöïc nghieäm sinh-hoaù Vieän coù ñoäi nguõ caùn boä khoa hoïc goàm gaàn 107 ngöôøi trong ñoù coù 23 tieán só vaø phoù tieán só, coù 7 giaùo sö vaø phoù giaùo sö Vieän coù nhieäm vuï nghieân cöùu, öùng duïng vaø phaùt trieån caùc phöông phaùp sinh hoïc trong vieäc taïo vaø nhaân gioáng caây troàng, vaät nuoâi vaø vi sinh vaät ñoàng thôøi vieän cuõng coù nhieäm vuï phaân tích caùc chæ tieâu trong nöôùc thaûi, nöôùc uoáng, nöôùc sinh hoaït… Thôøi Gian Nghieân Cöùu Ñeà taøi ñöôïc thöïc hieän trong khoaûng thôøi gian töø 01/04/2006 ñeán 01/11/2006. 7. Yù Nghóa Cuûa Ñeà Taøi Yù Nghóa Khoa Hoïc Ñaây laø ñeà taøi môùi ñöôïc nghieân cöùu ôû Vieät Nam trong nhöõng naêm gaàn ñaây neân coù tính khoa hoïc cao nhaèm taïo cho nhöõng nghieân cöùu tieáp theo vaø khaû naêng öùng duïng kyõ thuaät sinh hoïc kî khí, hieáu khí vôùi vieäc söû duïng nhoùm vi khuaån Nitrosomonas, Nitrobacter vaø Anammox, ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coù noàng ñoä ammonium cao. Caùc thoâng soá coâng ngheä thu ñöôïc töø thöïc nghieäm seõ taïo cô sôû ban ñaàu cho vieäc thieát keá quy trình coâng ngheä xöû lyù ammonium trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Vieäc öùng duïng quaù trình Nitrification vaø Anammox coù khaû naêng xöû lyù trieät ñeå nguoàn oâ nhieãm daïng nitô trong nöôùc thaûi, vì saûn phaåm cuoái cuøng cuûa quaù trình laø khí nitô ñöôïc coi laø voâ haïi ñoái vôùi heä sinh thaùi. YÙ Nghóa Thöïc Tieãn Söï thaønh coâng cuûa ñeà taøi môû ra khaû naêng öùng duïng trong xöû lyù nguoàn nöôùc thaûi giaøu ammonium hieäu quaû vaø tieát kieäm Vì quaù trình dieãn ra trong ñieàu kieän suïc khí coù giôùi haïn neân giaûm tieâu hao naêng löôïng moät caùch ñaùng keå. Maët khaùc khoâng caàn phaûi theâm chaát dinh döôõng neân coù theå tieát kieäm löôïng hoùa chaát lôùn Saûn phaån cuoái cuøng cuûa quaù trình laø khí nitô khoâng ñoäc haïi vôùi moâi tröôøng Tính Môùi Cuûa Ñeà Taøi Xaùc ñònh ñöôïc khaû naêng öùng duïng cuûa quaù trình Nitrification vaø Anammox ñeå khöû ammonium trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo Xaùc ñònh ñöôïc khaû naêng aùp duïng vaøo coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo baèng öùng duïng phaûn öùng gheùp SHARON – ANAMMOX. 8. Tính Thöïc Teá Cuûa Ñeà Taøi Ñeà taøi nghieân cöùu naøy coù tính öùng duïng raát cao vì trong nöôùc thaûi ôû moät soá ngaønh coù noàng ñoä ammonium cao nhö: nöôùc thaûi chaên nuoâi heo, nöôùc thaûi ôû caùc nhaø maùy cheá bieán muû cao su, nöôùc ræ raùc, nöôùc thaûi nhaø maùy cheá bieán thuyû saûn…. 9. Nhu Caàu Kính Teá Xaõ Hoäi Phöông phaùp naøy ít toán keùm nhöng coù hieäu quaû xöû lyù cao hôn so vôùi nhöõng phöông phaùp xöû lyù hieän nay. CHƯƠNG I. TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU TRONG NÖÔÙC – TỔNG QUAN CHUNG VỀ NƯỚC THẢI, NÖÔÙC THAÛI CHAÊN NUOÂI HEO Trong thôøi buoåi phaùt trieån neàn vaên minh nhaân loaïi, nhu caàu veà nöôùc ngaøy caøng taêng, do ñoù löôïng nöôùc thaûi ra ngaøy caøng nhieàu, möùc ñoä oâ nhieãm ngaøy caøng trôû neân traàm troïng. Nöôùc thaûi ñöa vaøo nöôùc beà maët nhöõng thaønh phaàn khaùc nhau, töø traïng thaùi tan, hoaëc döôùi daïng huyeàn phuø, hay nhuõ töông cho ñeán caùc loaïi vi khuaån. Do töông taùc hoaù hoïc cuûa caùc chaát ñoù, vaø cuõng do söï thay ñoåi pH cuûa moâi tröôøng neân caùc saûn phaåm thöù caáp ñöôïc hình thaønh chaúng haïn nhö quaù trình oxy hoaù muoái Fe2+ trong nöôùc thaønh muoái Fe3+ hydroxyt khoâng tan. Caùc chaát keát tuûa vaø huyeàn phuø trong nöôùc ngaên caûn söï phaùt trieån cuûa caùc loaïi vi khuaån tham gia vaøo quaù trình laøm saïch nöôùc. Caùc chaát huyeàn phuø ngaên caûn söï ñaâm xuyeân cuûa aùnh saùng maët trôøi xuoáng ñaùy nöôùc gaây haïn cheá quaù trình quang hôïp cuûa thöïc vaät nhaát laø nhöõng loaïi rong bieån nhôø vaøo aùnh saùng maët trôøi maø taïo ñöôïc löôïng oxy caàn thieát cho quaù trình oxy hoaù caùc chaát höõu cô. Moät soá chaát voâ cô vaø höõu cô tan trong nöôùc coù aûnh höôûng ñoäc haïi ñeán söï phaùt trieån cuûa vi sinh vaät, trong ñoù coù caû nhöõng hôïp chaát mang tính axit bazô vì chuùng laøm thay ñoåi pH trong nöôùc ( 6.8 < pH < 8.0 laøm haïn cheá söï phaùt trieån cuûa moät soá vi khuaån laøm saïch nöôùc)…[14],[15] Phaân tích nöôùc thaûi laø moät trong nhöõng nhieäm vuï khoù khaên vaø phöùc taïp nhaát cuûa ngaønh hoaù hoïc phaân tích vì nöôùc thaûi bao haøm nhieàu thaønh phaàn khaùc nhau vaø chöùa haøm löôïng töø thaáp ñeán cao. Moät trong nhöõng ñaëc tính cuûa nöôùc thaûi gaây khoù khaên trong phaân tích laø tính khoâng beàn do töông taùc hoaù hoïc phöùc taïp giöõa caùc hôïp phaàn bò bieán ñoåi khoâng ngöøng. Do ñoù trong quaù trình phaân tích phaûi thöïc hieän nhieàu laàn, choïn caùc phöông phaùp coù ñoä nhaïy, ñoä choïn loïc cao, vaø phaûi coù ñaàu oùc phaùn ñoaùn caùc thao taùc caùc quaù trình xaûy ra ñeå thu ñöôïc keát quaû chính xaùc. Sau ñaây laø moät soá chaát thaûi coù maët trong nöôùc thaûi cuûa moät soá ngaønh saûn xuaát coâng nghieäp.[1] Ñoà da: canxi, hydrosunfua, natrisunfua, crom, keõm. Ñoà goám: bari, cadimi, liti, mangan… Nhaø maùy sôn: bari, clorat, cadimi, coban, chì, keõm, amoni, xuùt, caùc chaát axit, caùc chaát höõu cô… Thuoác tröø saâu: ñoàng, bari, asen, silicflo, clo, moät soá chaát ñoäc höõu cô. Hoaù daàu: caùc acid, kim loaïi, clorua, sunfat, caùc chaát höõu cô… Coâng nghieäp chaên nuoâi: vi sinh, caùc hôïp chaát höõu cô, caùc vi truøng, COD, NO3-, NO-2, NH+4… I.1. Söï Nhieãm Baån Nguoàn Nöôùc Söï nhieãm baån nguoàn nöôùc coù theå xaûy ra baèng hai caùch: söï nhieãm baån töï nhieân vaø söï nhieãm baån nhaân taïo. [3],[8] Söï nhieãm baån töï nhieân laø do quaù trình phaùt trieån vaø cheát ñi cuûa caùc loaøi thöïc vaät, ñoäng vaät coù trong nguoàn nöôùc, hoaëc laø do nöôùc möa loâi theo caùc chaát baån töø treân maët ñaát chaûy vaøo nguoàn nöôùc. Söï nhieãm baãn nhaân taïo chuû yeáu laø do xaû nöôùc sinh hoaït vaø coâng nghieäp vaøo nguoàn nöôùc. Nguoàn nöôùc bò nhieãm baån coù theå ñaùnh giaù baèng caùc daáu hieäu ñaëc tröng sau ñaây. Coù xuaát hieän caùc chaát noåi treân beà maët nöôùc vaø caùc caën laéng chìm xuoáng ñaùy nguoàn. Thay ñoåi tính chaát lyù hoïc cuûa nöôùc nguoàn ( thay ñoåi pH vaø haøm löôïng cuûa caùc chaát höõu cô, voâ cô, xuaát hieän caùc chaát ñoäc haïi ) Löôïng oxy hoaø tan trong nöôùc nguoàn do ñaõ tieâu hao ñeå oxy hoaù caùc chaát baån höõu cô vöøa môùi ñöa vaøo. Caùc vi khuaån thay ñoåi veà daïng vaø veà soá löôïng coù xuaát hieän caû caùc vi truøng gaây beänh. Nguoàn nhieãm baån nhö ñaõ trình baøy coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán vieäc söû duïng nguoàn vaøo muïc ñích caáp nöôùc. I.2. Thaønh Phaàn Nöôùc Thaûi Sau khi söû duïng cho nhu caàu sinh hoaït vaø coâng nghieäp nöôùc bò nhieãm baån ñoàng thôøi coù chöùa nhieàu vi truøng vaø caùc chaát ñoäc haïi khaùc. Chuùng laøm oâ nhieãm moâi tröôøng. Vì vaäy, nöôùc thaûi tröôùc khi xaû vaøo soâng, hoà ( nguoàn nöôùc ) caàn phaûi ñöôïc xöû lyù thích ñaùng. Möùc ñoä xöû lyù phuï thuoäc vaøo noàng ñoä cuûa nöôùc thaûi: khaû naêng pha loaõng giöõa nöôùc thaûi vaø nöôùc nguoàn vaø caùc yeâu caàu veà maët veä sinh. Ñeå thieát keá caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi, tröôùc tieân caàn phaûi bieát thaønh phaàn cuûa chuùng. Theo traïng thaùi lyù hoïc, caùc chaát baån trong nöôùc thaûi ñöôïc chia thaønh 3 nhoùm sau ñaây:[3] Nhoùm 1: goàm caùc chaát khoâng tan ôû daïng lô löûng, kích thöôùt lôùn ( nhöõng haït coù ñöôøng kính > 10-1 mm) vaø ôû daïng huyeàn phuø, nhuõ töông, bot ( nhöõng haït coù ñöôøng kính töø 10-1 ñeán 10-4 mm) Nhoùm 2: goàm caùc chaát khoâng tan ôû daïng keo ( nhöõng haït coù kích thöôùt töø 10-4 ñeán 10-6 mm) Nhoùm 3 : goàm caùc chaát hoøa tan ôû daïng haït phaân töû. Nhöõng haït naøy coù ñöôøng kính < 10-6 mm. Chuùng khoâng taïo thaønh pha rieâng bieät vaø heä trôû thaønh heä moät pha hay coøn goïi laø dung dòch thaät. Theo baûn chaát cuûa mình, caùc chaát baån trong nöôùc bao goàm: caùc chaát baån höõu cô, voâ cô, vi sinh vaät vaø sinh vaät.[11] Caùc chaát baån voâ cô trong nöôùc thaûi sinh hoaït chieám 42%, goàm coù caùt, caùc haït ñaát seùt, xæ quaëng, caùc muoái khoaùng, caùc acid voâ cô, kieàm voâ cô, caùc daàu khoaùng… Caùc chaát baån höõu cô trong nöôùc thaûi sinh hoaït chöùa 58% goàm caùc chaát höõu cô thöïc vaät vaø höõu cô ñoäng vaät. Caùc chaát höõu cô thöïc vaät coù trong nöôùc thaûi sinh hoaït goàm: caën baõ thöïc vaät, rau hoa quaû, giaáy…nguyeân toá hoaù hoïc chính cuûa daïng chaát baån naøy laø cacbon. Caùc chaát höõu cô ñoäng vaät coù trong nöôùc thaûi sinh hoaït goàm: caùc chaát baøi tieát cuûa con ngöôøi vaø ñoäng vaät, caën baõ xaùc ñoäng vaät…ñaëc ñieåm cuûa chuùng laø chöùa moät haøm löôïng lôùn nitô. Nhieãm baån vi sinh vaät vaø vi sinh laø do nhieàu loaïi vi sinh vaät vaø sinh vaät taïo neân: caùc loaïi naám men, naám moác, rong taûo nhoû vaø vi khuaån. Trong soá ñoù coù caû vi khuaån gaây beänh. Thí duï caùc taùc nhaân gaây beänh thöông haøn, lî…daïng chaát baån naøy ñaëc tröng nhaát cho nöôùc thaûi sinh hoaït vaø moät vaøi loaïi nöôùc thaûi sinh hoaït khaùc (ví duï nöôùc thaûi xí nghieäp gieát moå gia suùc, nhaø maùy da) veà thaønh phaàn hoùa hoïc thì chuùng thuoäc nhoùm caùc chaát baån höõu cô. Khi xeùt veà thaønh phaàn cuûa nöôùc thaûi caàn phaûi hieåu moät khaùi nieäm quan troïng laø noàng ñoä baån cuûa nöôùc thaûi, ñoù laø haøm löôïng chaát baån chöùa trong moät ñôn vò theå tích ñöôïc tính baèng (mg/l). I.3. Vai Troø Cuûa Ngaønh Chaên Nuoâi Heo. Trong noâng nghieäp, chaên nuoâi ñöôïc khaúng ñònh laø moät ngaønh kinh teá quan troïng trong neàn kinh teá quoác daân, noù cung caáp moät löôïng thòt khaù lôùn cho con ngöôøi, ñoù laø loaïi thöùc aên giaøu chaát ñaïm khoâng theå thieáu trong khaåu phaàn aên cuûa ngöôøi daân. Vaøo naêm 1995, löôïng thòt tieâu thuï bình quaân cuûa moät ngöôøi daân TPHCM laø 21kg/naêm, trong ñoù löôïng thòt heo chieám 70%. Nhö vaäy, lôïi nhuaän töø chaên nuoâi heo coù theå ñaït ñeán 15-20% cuûa ñoàng voán ñaàu tö. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, nhieàu gioáng heo ñaõ ñöôïc taïo gioáng, du nhaäp töø nöôùc ngoaøi ñeå taêng naêng suaát thòt vaø ñaùp öùng nhu caàu ngaøy caøng taêng cuûa ngöôøi daân.[14] Chaên nuoâi heo laø moät trong nhöõng nghaønh quan troïng cuûa Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. Nhieàu cô sôû chaên nuoâi heo tröôùc ñaây naèm ôû caùc huyeän ngoaïi thaønh daân cö thöa thôùt nay ñaõ trôû thaønh nhöõng khu ñoâng daân cö thuoäc noäi thaønh nhö Xí Nghieäp chaên nuoâi 19/5 naèm taïi phöôøng Linh Xuaân quaän Thuû Ñöùc, Xí Nghieäp chaên nuoâi heo Goø Sao thuoäc aáp 7 Thaïnh Xuaân quaän 12, Xí Nghieäp chaên nuoâi heo 3 thaùng 2 naèm taïi phöôøng Linh Xuaân quaän Thuû Ñöùc, Xí Nghieäp chaên nuoâi heo gia coâng quaän Phuù Nhuaän, xí nghieäp chaên nuoâi ñoàng hieäp naèm taïi quaän thuû ñöùc. Moãi xí nghieäp ñeàu nuoâi treân 2.000 heo, moãi ngaøy thaûi ra töø 100 ñeán 300 m3 nöôùc thaûi .Trong nhöõng naêm tôùi ñeå phaùt trieån beàn vöõng saûn xuaát vaø khoâng laøm oâ nhieãm moâi tröôøng, Thaønh Phoá Hoà Chí Minh ñaõ coù chuû tröông ñöa caùc cô sôû chaên nuoâi hieän nay ra caùc huyeän Cuû Chi, Hoác Moân, Bình Chaùnh, Nhaø Beø, Caàn Giôø. Beân caïnh ñoù, chaên nuoâi ñöôïc khuyeán khích phaùt trieån vaø taïo ñieàu kieän naâng cao tæ troïng chaên nuoâi coâng nghieäp, thöïc hieän toát di dôøi caùc cô sôû chaên nuoâi gaây oâ nhieãm, keát hôïp vôùi boá trí laïi, di chuyeån caùc traïi chaên nuoâi ra vuøng noâng nghieäp oån ñònh laâu daøi, keát hôïp vôùi coâng nghieäp hoaù, hieän ñaïi hoaù caùc khaâu saûn xuaát gioáng, chuoàng traïi, thöùc aên gia suùc, xöû lyù nöôùc thaûi… Sau naêm 2000, caùc cô sôû chaên nuoâi coâng nghieäp ñöôïc xaây döïng chuû yeáu ôû Cuû Chi vaø moät soá vuøng noâng thoân ôû Hoùc Moân, Bình Chaùnh, Thuû Ñöùc, Nhaø Beø, Caàn Giô …(tuyø ñoái töôïng nuoâi vaø haïn cheá toái ña ôû caùc khu daân cö taäp trung, vuøng ñoâ thò hoaù) vaø ñaït muïc tieâu phaán ñaáu giai ñoaïn 2000-2010 seõ cung caáp saûn phaåm chaên nuoâi cho khoaûng 6 trieäu ngöôøi (hieän ngaønh chaên nuoâi chæ ñaùp öùng ñöôïc 21-37% nhu caàu thòt cho thaønh phoá). I.4. Söï OÂ Nhieãm Nöôùc Thaûi Chaên Nuoâi Heo Caùc ñôn vò chaên nuoâi coâng nghieäp hieän nay cuûa TP.HCM phaàn lôùn naèm trong vuøng phaùt trieån ñoâ thò vaø khu coâng nghieäp, ñang daàn boäc loä roõ caùc nhöôïc ñieåm veà maët baèng haïn heïp, khoâng ñaûm baûo veä sinh thuù y theo quy ñònh cuûa phaùp leänh thuù y veà maët khoâng gian vaø nhaát laø khoâng coù ñieàu kieän xöû lyù tröôùc khi thaûi vaøo moâi tröôøng maø ñöôïc ñoå ra keânh raïch, soâng ngoøi, ñaát ñai xung quanh laøm oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng. (Noäi thaønh TP.HCM ñang coù nhieàu xí nghòeâp chaên nuoâi heo quy moâ trung bình khoaûng treân döôùi 2000 ñaàu heo moãi xí nghieäp, nöôùc thaûi trong quaù trình chaên nuoâi thaûi ra moâi tröôøng moãi ngaøy töø 100 - 300m3/xí nghieäp). Do ñònh höôùng chuyeån dòch cô caáu giaûm tæ leä troàng troït, taêng tæ leä chaên nuoâi neân löôïng nöôùc thaûi thaûi vaøo moâi tröôøng seõ ngaøy caøng taêng. Nöôùc thaûi chaên nuoâi heo laø moät trong nhöõng loaïi nöôùc thaûi gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng nhaát, laø nguoàn nöôùc thaûi khoâng an toaøn do chöùa haøm löôïng caùc hôïp chaát chaát höõu cô khaù cao, nhieàu chaát xô vaø haøm löôïng cao caùc hôïp chaát nitô, löu huyønh, tröùng giun saùn…Nguoàn nöôùc thaûi naøy coù nguy cô trôû thaønh nguyeân nhaân tröïc tieáp phaùt sinh beänh cho gia suùc ñoàng thôøi laây lan moät soá beänh cho ngöôøi do chöùa nhieàu maàm beänh nhö: Samonella, Leptospira, Clostridium, Bacillus, Fasciolosis, Buski, Brucella…[2],[14] Tuyø thuoäc vaøo ñieàu kieän chaêm soùc (soá löïông nöôùc duøng ñeå laøm veä sinh) vaø thu doïn chaát thaûi (coù laáy bôùt moät phaàn phaân heo hay khoâng tröôùc khi laøm veä sinh) cuûa moãi cô sôû chaên nuoâi maø thaønh phaàn nöôùc thaûi khaùc nhau vaø ñaït doä dao doäng raát lôùn. SS (mg/l) COD (mg/l) BOD5 (mg/l) NH4+ (mg/l) pH Taøi lieäu 300 -1500 1000-4000 700-2100 865 6,5-7,7 Ñ.H.L.Chi et al. 1997 Ñoã Ngoïc Quyønh.1999 Buøi Xuaân An et al. 1999 Baûng1: Thaønh phaàn (trung bình) cuûa nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Tuyø vaøo töøng cô sôû chaên nuoâi maø thaønh phaàn chaát thaûi coù khaùc nhau, nhöng thöôøng thì nöôùc thaûi chaên nuoâi heo coù haøm löôïng chaát höõu cô khaù cao: SS:180 – 1248 mg/l; COD: 500 – 3000; BOD: 300 – 2100 mg/l; NH4+: 15- 865mg/l; Escherichia Coli: 15.105 – 68,3.107 MPN/ 100ml; Steptococcus Faecalis 3.102 – 3,5.103 MPN/ 100ml; Clostridium Perfringens: 50 – 160 teá baøo/ 100ml. Keát quaû phaân tích nöôùc röûa chuoàng heo cuûa Xí Nghieäp chaên nuoâi heo Khang Trang ñöôïc ghi nhaän ôû baûng 2 Baûng 2: Thaønh phaàn lyù hoaù hoïc cuûa nöôùc thaûi chaên nuoâi heo Xí Nghieäp Khang Trang, Q.12 -Tp.HCM Taùc nhaân oâ nhieãm Thaønh phaàn trung bình (mg/l) TS Caën lô löûng (SS) Caën hoøa tan BOD5 COD Toång N Toång P 3.082 1.248 1.815 1.950 3.400 450 47 Maëc duø nöôùc thaûi chaên nuoâi heo gaây oâ nhieãm moâi tröôøng raát lôùn nhöng haàu heát caùc cô sôû chaên nuoâi lôùn nhoû hieän nay ñeàu chöa coù heä thoáng xöû lyù thích hôïp vaø hoaït ñoäng thöôøng xuyeân coù hieäu quaû. Nguyeân nhaân cuûa vieäc treân laø do yù thöùc cuûa caùc nhaø quaûn lyù ôû caùc xí nghieäp chaên nuoâi chöa coi vieäc xöû lyù nöôùc thaûi laø thaät söï caàn thieát. Ngaønh chaên nuoâi laø moät trong nhöõng ngaønh quan troïng ôû nöôùc ta noùi chung vaø ôû thaønh phoá noùi rieâng vì theá vaán ñeà xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo laø moät taát yeáu phaûi laøm nhaèm phaùt trieån kinh teá beàn vöõng. I.5. Moät Soá Phöông Phaùp Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Chaên Nuoâi Heo. [3],[5],[12] Nöôùc thaûi chaên nuoâi heo thöôøng chöùa nhieàu taïp chaát coù baûn chaát khaùc nhau, vì vaäy muïc ñích cuûa coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi laø khöû caùc taïp chaát ñoù sao cho nöôùc sau khi xöû lyù ñaït chaát löôïng cho pheùp taùi söû duïng, coù theå söû duïng ñöôïc cho moät muïc ñích nhaát ñònh sau ñoù hay thaûi ra moâi tröôøng xung quanh maø khoâng laøm oâ nhieãm moâi tröôøng. Ñeå ñaït ñöôïc muïc ñích ñoù, trong coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi bao goàm caùc phöông phaùp cô baûn sau. I.5.1. Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Baèng Phöông Phaùp Cô Hoïc Nöôùc thaûi thöôøng chöùa caùc chaát tan hay khoâng tan ôû daïng lô löûng. Ñeå taùch caùc haït naøy ra khoûi nöôùc thaûi, ngöôøi ta coù theå söû duïng caùc phöông phaùp cô hoïc nhö loïc qua song chaén raùc, löôùi chaén raùc, caùc loaïi beå laéng, loïc caùt vaø ly taâm. Tuyø vaøo kích thöôùc haït, tính chaát hoaù - lyù, noàng ñoä haït lô löûng, löu löôïng nöôùc vaø möùc ñoä laøm saïch caàn thieát maø ngöôøi ta löïa choïn phöông phaùp thích hôïp I.5.2. Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Baèng Phöông Phaùp Hoaù - Lyù I.5.2.1. Ñoâng Tuï Vaø Keo Tuï Caùc chaát raén lô löûng phaân taùn, caùc chaát keo coù kích thöôùc nhoû hôn 10-4mm khoâng theå töï laéng ñöôïc hoaëc laéng vôùi toác ñoä raát chaäm coù theå ñöôïc loaïi boû baèng phöông phaùp ñoâng tuï vaø keo tuï Caùc chaát ñoâng tuï thöôøng duøng laø caùc loaïi muoái nhoâm, saét hay hoãn hôïp cuûa chuùng. Ngoaøi ra, ñeå taêng hieäu suaát ñoâng tuï, ngöôøi ta coøn söû duïng theâm caùc chaát trôï ñoâng tuï. Caùc chaát trôï ñoâng tuï coù taùc duïng naâng cao toác ñoä laéng cuûa caùc boâng keo ñoàng thôøi giaûm löôïng chaát ñoâng tuï, giaûm thôøi gian ñoâng tuï. Caùc chaát trôï ñoâng tuï coù theå laø caùc polyme töï nhieân nhö tinh boät, xellulose, dextrin, caùc polyme toång hôïp nhö polyacrylamid, hoaëc caùc chaát ñoâng tuï voâ cô nhö natri, silicat hoaït tính… I.5.2.2. Tuyeån Noåi Tuyeån noåi laø phöông phaùp ñöôïc söû duïng ñeå taùch caùc taïp chaát ôû daïng raén hoaëc loûng, phaân taùn khoâng tan, töï laéng keùm trong pha loûng vaø moät soá chaát hoaø tan nhö caùc chaát hoaït ñoäng beà maët. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp tuyeån noåi laø coù theå loaïi boû caùc haït nhoû, nheï, laéng chaäm trong moät khoaûng thôøi gian ngaén. Tuy nhieân, caùc thieát bò tuyeån noåi coù caùc mao quaûn deã bò baån, taéc ngheït vaø khoù löïa choïn caùc loaïi vaät lieäu ñeå coù kích thöôùc mao quaûn gioáng nhau ñeå ñaûm baûo taïo thaønh caùc boït khí coù kích thöôùc ñoàng nhaát. I.5.2.3. Haáp Phuï Ñöôïc söû duïng ñeå laøm saïch trieät ñeå nöôùc thaûi khoûi caùc chaát höõu cô hoaø tan sau khi xöû lyù sinh hoïc cuõng nhö xöû lyù sô boä khi trong nöôùc thaûi coù moät haøm löôïng raát nhoû caùc chaát khoâng ñöôïc phaân giaûi baèng con ñöôøng sinh hoïc vaø thöôøng coù ñoäc tính cao nhö phenol, alkylbenzen, sulfonic acid… Moät soá chaát haáp phuï ñöôïc söû duïng phoå bieán laø than hoaït tính, caùc nhöïa cao phaân töû nhö scavenger laø loaïi nhöïa cenion coù ñoä xoáp lôùn I.5.3. Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Baèng Phöông Phaùp Hoaù Hoïc Ñaëc tröng laø phöông phaùp oxy-hoaù khöû Trong coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi, ngöôøi ta coù theå söû duïng caùc chaát oxy hoaù nhö Clo daïng khí hoaëc hoaù loûng, Kali-permanganat, H2O2, Ozon… ñeå laøm saïch nöôùc thaûi Laøm saïch nöôùc thaûi baèng phöông phaùp khöû ñöôïc öùng duïng trong caùc tröôøng hôïp nöôùc thaûi chöùa caùc hôïp chaát deã bò khöû. Ñaëc bieät phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå taùch caùc hôïp chaát thuyû ngaân, crom…ra khoûi nöôùc thaûi I.5.4. Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Baèng Phöông Phaùp Sinh Hoïc Phöông phaùp naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå loaïi caùc chaát phaân taùn nhoû, chaát keo vaø caùc chaát höõu cô hoaø tan (ñoâi khi coù caû moät soá hôïp chaát voâ cô) khoûi nöôùc thaûi. Nguyeân lyù cuûa phöông phaùp naøy laø döïa vaøo hoaït ñoäng soáng cuûa caùc loaøi vi sinh vaät coù khaû naêng phaân huyû, phaù gaõy caùc maïch phaân töû cuûa caùc chaát höõu cô coù maïch cacbon lôùn thaønh caùc phaân töû coù maïch cacbon ñôn giaûn hôn nhieàu vaø cuoái cuøng laø taïo CO2 (hieáu khí) hoaëc CH4+CO2(yeám khí). Caùc vi sinh vaät, vi khuaån, taûo, rong reâu laø caùc chaát xuùc taùc soáng. Chuùng giuùp cho moät soá quaù trình xaûy ra trong nöôùc, caùc phaûn öùng coù söï tham gia cuûa caùc hôïp chaát höõu cô vaø caùc quaù trình oxy hoaù-khöû xaûy ra qua trung gian laø vi khuaån Caùc phöông trình toång quaùt cuûa quaù trình oxy hoaù sinh hoaù nhôø caùc vi sinh vaät ôû ñieáu kieän hieáu khí: CxHyOzN + NH3 + O2 vi sinh vaät xCO2 + (Y-3)/2 H2O + NH3 + 4H+ Phaûn öùng toång hôïp ñeå xaây döïng teá baøo CxHyOzN + NH3 + O2 vi sinh vaät C5H7NO2 + CO2 + 4H+ Khi trong moâi tröôøng thieáu chaát dinh döôõng vi sinh vaät tieán haønh söï töï oxy hoaù caùc chaát lieäu teá baøo C5H7NO2 + 5O2 vi sinh vaät 5CO2 + NH3 + 2H2O + 4H+ NH3 + 2O2 visinh vaät 2HNO2 + O2 vi sinh vaät 2HNO3 I.5.4.1. Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Baèng Phöông Phaùp Leân Men Hieáu Khí Nguyeân lyù chung cuûa phöông phaùp naøy laø caùc vi sinh vaät hieáu khí söû duïng oxy cuûa khoâng khí ñeå phaân huyû caùc chaát höõu cô thaønh CO2 vaø H2O Caùc chaát höõu cô hoaø tan, caû chaát keo vaø caùc chaát phaân taùn nhoû seõ ñöôïc chuyeån hoaù baèng caùch haáp phuï vaø keo tuï treân beà maët caùc teá baøo vi sinh vaät. Tieáp ñoù trong quaù trình trao ñoåi chaát döôùi taùc duïng cuûa caùc men noäi baøo, chaát höõu cô seõ ñöôïc phaân huyû Quaù trình phaân huyû caùc chaát höõu cô bôûi caùc vi sinh vaät hieáu khí coù theå ñöôïc bieåu dieãn moät caùch toång quaùt nhö sau: Caùc chaát höõu cô + O2 vi khuaån CO2 + H2O + vi khuaån Caùc chaát dinh döôõng Hoaëc Caùc chaát höõu cô + O2 vi khuaån saûn phaåm cuûa + saûn phaåm Caùc chaát dinh döôõng quaù trình oxy hoaù ñaõ ñöôïc toång hôïp I.5.4.2. Xöû Lyù Baèng Phöông Phaùp Leân Men Yeám Khí Phöông phaùp xöû lyù yeám khí laø phöông phaùp söû duïng vi sinh vaät yeám khí (ví duï nhö loaøi vi khuaån Metbanogens phaân huyû caùc chaát höõu cô ôû ñieàu kieän khoâng coù khoâng khí thaønh khí metan) ñeå phaân huyû caùc hôïp chaát höõu cô ôû ñieàu kieän yeám khí goàm 2 giai ñoaïn chính Giai ñoaïn 1: (giai ñoaïn thuyû phaân) döôùi taùc duïng cuûa men do vi sinh vaät tieát ra, caùc hôïp chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi seõ bò thuyû phaân: caùc cacbon hydrat phöùc taïp seõ thaønh ñöôøng ñôn giaûn, protit seõ thaønh peptit phaân töû thaáp vaø axit amin, môõ seõ thaønh glycerin vaø axit beùo Giai ñoaïn 2: (giai ñoaïn taïo khí) saûn phaåm cuûa quaù trình thuyû phaân seõ tieáp tuïc bò phaân huyû vaø taïo saûn phaåm cuoái cuøng laø hoãn hôïp caùc loaïi khí chuû yeáu laø CO2 vaø CH4, ngoaøi ra coøn moät ít muoái khoaùng. Toác ñoä vaø möùc ñoä phaân huyû yeám khí cuûa caùc chaát höõu cô phuï thuoäc vaøo baûn chaát hoaù hoïc cuûa chuùng Quaù trình phaân huyû yeám khí caùc chaát höõu cô ñöôïc chia ra laøm 3 böôùc nhö sau: Böôùc 1: Chaát coù khoái thuyû phaân phaân töû thích hôïp cho vi sinh löôïng phaân töû lôùn ENZIN söû duïng vaø xaây döïng teá baøo Böôùc 2: Caùc chaát sau Acidozens caùc chaát coù phaân töû löôïng thaáp böôùc 1 ENZIN chuû yeáu laø caùc acid CH3OH,CO2 Böôùc 3: Caùc chaát sau Methanogens CH4 + CO2 böôùc 2 Böôùc 1 vaø 2 coù theå xem nhö laø giai ñoaïn 1 coøn böôùc 3 nhö laø giai ñoaïn 2 I.5.4.3. Nhöõng Yeáu Toá AÛnh Höôûng Ñeán Hieäu Quaû Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Baèng Phöông Phaùp Sinh Hoïc Trong phöông phaùp sinh hoïc xöû lyù nöôùc thaûi taùc nhaân laø vi sinh hoïc – ñoù laø moät cô theå soáng – do vaäy moïi yeáu toá aûnh höôûng ñeán sinh lyù cuûa vi sinh vaät ñeàu aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán hieäu suaát xöû lyù nöôùc thaûi. Ví duï ( nhieät ñoä, pH, oxy, noàng ñoä chaát, söï khuaáy troän, löôïng vi sinh vaät, chaát vi löôïng, thôøi gian…) Nhieät ñoä Vôùi phöông phaùp sinh hoïc, nhieät ñoä coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï laøm saïch nöôùc thaûi. Nhieät ñoä bình thöôøng trong moät naêm thöôøng coù theå thay ñoåi trong giôùi haïn nöôùc thaûi nhôø vi sinh vaät cuõng thay ñoåi theo. Ngöôøi ta thaáy raèng nhieät ñoä haï töø 200C xuoáng töø 2 – 5 0C ñeán 25 – 350C, theo söï bieán ñoåi cuûa nhieät ñoä, hieäu suaát laøm saïch 60C seõ daãn ñeán giaûm toác ñoä laøm saïch nöôùc thaûi xuoáng 2 laàn. Ngöôïc laïi neáu taêng nhieät ñoä töø 200C ñeán 370C thì toác ñoä laøm saïch nöôùc thaûi taêng töø 2 – 3 laàn. Taêng nhieät ñoä, khoâng nhöõng taêng vaän toác phaân huyû chaát maø ñoàng thôøi giaûm ñoä hoøa tan cuûa oxy trong nöôùc, do vaäy ñoái vôùi quaù trình laøm saïch nöôùc thaûi theo phöông phaùp hieáu khí caàn taêng cöôøng quaù trình laøm thoaùng khí(suïc khoâng khí nhieàu hôn). Trong tröôøng hôïp giaûm nhieät ñoä thì ngöôïc laïi. Thoâng thöôøng ñoái vôùi vi sinh vaät, nhieät ñoä phuø hôïp khoaûng töø 20 – 300C (hay coøn goïi laø nhieät ñoä aám). pH Nhìn chung caùc loaïi vi khuaån thích hôïp trong moâi tröôøng trung hoaø hay acid yeáu. Toát nhaát chuùng ta caàn giöõ pH toaøn heä thoáng dòch laøm saïch nöôùc thaûi cho vi sinh vaät trong vuøng pH 5,5 – 8,5 taêng hay giaûm pH so vôùi möùc naøy ñeàu laøm giaûm hieäu quaû laøm saïch nöôùc. Trong thöïc teá, trong quaù trình laøm saïch, khoâng caàn ñieàu chænh pH, vì sinh vaät coù khaû naêng töï ñieàu chænh pH cho phuø hôïp vôùi sinh lyù cuûa chuùng; ta coù theå coù hoãn hôïp vôùi pH gaàn vôùi pH thích hôïp vi sinh vaät noùi treân. Noàng ñoä oxy hoaø tan Ñaëc bieät quan troïng vôùi phöông phaùp hieáu khí. Toác ñoä oxy hoaø tan trong nöôùc thaûi phaûi nhoû hôn toác ñoä söû duïng oxy cuûa heä vi sinh vaät trong heä thoáng laøm saïch nöôùc thaûi (vôùi phöông phaùp hieáu khí). Oxy caàn thieát cho sinh tröôûng phaùt trieån cuûa vi sinh vaät, giaûm löôïng oxy seõ laøm giaûm vaän toác sinh tröôûng vi sinh vaät vaø giaûm vaän to._.ác laøm saïch nöôùc thaûi. Vôùi noàng ñoä oxy khoaûng 1mg/l khoâng laøm bieán ñoåi vaän toác laøm saïch, nhöng neáu khi noàng ñoä oxy giaûm coøn 0,5mg/l thì vaän toác laøm saïch seõ giaûm. Trung bình löôïng oxy töø 1 – 5 mg/l phuø hôïp cho quaù trình laøm saïch hieáu khí. Khuaáy troän dòch nöôùc thaûi vaø taùc nhaân vi sinh vaät. Söï khuaáy troän hoãn hôïp dòch thaûi vaø taùc nhaân mang vi sinh vaät ñeàu coù aûnh höôûng toát ñeán hieäu quaû laøm saïch nöôùc thaûi, phaân huyû nhanh choùng caùc chaát nhieãm baån coù trong nöôùc. Do taùc ñoäng khuaáy troän caùc phaàn töû ñöôïc va chaïm nhau, taïo thaønh caùc phaàn töû nhoû hôn taêng beà maët tieáp xuùc vôùi vi sinh vaät, ñieàu ñoù laøm taêng vaän toác phaân huyû. Moät soá nguyeân toá caàn cho dinh döôõng vi sinh vaät. Ngoaøi nguoàn nguyeân lieäu cung caáp cacbon, vi sinh vaät coøn caàn Nitô, photpho… cho dinh döôõng cuûa chuùng; N vaø P ñeàu laø vaät lieäu tham gia caáu truùc teá baøo vaø coù vai troø trong trao ñoåi naêng löôïng. Khoâng ñuû löôïng N, P caàn thieát thöôøng laøm giaûm vaän toác laøm saïch – cuõng coù nhöõng loaïi nöôùc thaûi coù ñuû löôïng N, P cho vi sinh vaät. Ngoaøi ra coøn caàn theâm Mg, K, Na. muoái sunfat, Nitratamon, ure, dòch amoniac, super photphat, Ortophophoric acid… Nhöõng loaïi nöôùc thaûi naøo coù löôïng N, P quaù cao caàn phaûi pha loaõng nöôùc thaûi tröôùc khi xöû lyù vôùi muïc ñích giaûm noàng ñoä N, P xuoáng ñeå khoâng aûnh höôûng ñeán sinh lyù bình thöôøng cuûa vi sinh vaät. I.5.5. Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Qua Beå UASB (Beå Buøn Hoaït Tính) Trong beå UASB, doøng nöôùc thaûi höôùng ñi qua lôùp buøn bao goàm caùc haït hình thaønh töø quaù trình sinh hoïc. Quaù trình xöû lyù dieãn ra khi nöôùc thaûi chaûy vôùi söï tieáp xuùc vôùi caùc haït buøn lô löûng, caùc loaïi khí taïo ra seõ giuùp hình thaønh vaø oån ñònh caùc haït sinh hoïc ñoàng thôøi laøm cho chuùng noåi leân treân maët nöôùc, giaûi phoùng khí vaøo khoang chöùa khí phía beân treân beå coøn dòch loûng, nöôùc thaûi chöùa moät ít chaát lô löûng vaø caùc haït sinh hoïc seõ qua ngaên laéng, quay trôû laïi heä maøng roài rôi xuoáng lôùp buøn vaø doøng nöôùc qua coät ñöôïc ñöa ra ngoaøi vaøo bình chöùa sau ñoù cho qua xöû lyù hieáu khí vaø thieáu khí CHÖÔNG II. TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU NÖÔÙC NGOAØI – TOÅNG QUAN VEÀ XÖÛ LYÙ SINH HOÏC LOAÏI NITÔ TRONG NÖÔÙC THAÛI, NITRIFICATION VAØ ANAMMOX. II.1. Môû Ñaàu Ñoái vôùi nhieàu loaïi nöôùc thaûi coù chöùa haøm löôïng caùc chaát dinh döôõng (N, P) trung bình vaø cao, vieäc xöû lyù loaïi caùc thaønh phaàn naøy tröôùc khi xaû thaûi laø moät nhu caàu quan troïng, nhaèm haïn cheá söï oâ nhieãm nöôùc ngaàm, nöôùc maët. Nguy cô taùc ñoäng lôùn nhaát khi thaûi nöôùc thaûi giaøu N, P vaøo caùc vöïc nöôùc maët laø hieän töôïng phuù döôõng (eutrophication). Haäu quaû cuûa phuù döôõng laø kích thích söï phaùt trieån maïnh caùc loaøi taûo, laøm phaù vôõ chuoãi thöùc aên oån ñònh cuûa caùc heä sinh thaùi thuûy vöïc nguoàn nhaän, gaây oâ nhieãm nöôùc (taïo ra muøi tanh, laøm suy giaûm oxy hoøa tan ôû giai ñoaïn suy taøn…) vaø boài caïn caùc vöïc nöôùc naøy. Ñoái vôùi nitô, tieâu chuaån thaûi cuûa Vieät Nam TCVN 5945-1995 quy ñònh giôùi haïn noàng ñoä toång nitô trong nöôùc thaûi ñöôïc pheùp thaûi vaøo caùc vöïc nöôùc cho caùc muïc ñích söû duïng khaùc nhau töø 30-60 mg/l; coøn treân giôùi haïn 60 mg/l thì khoâng ñöôïc pheùp thaûi vaøo moâi tröôøng. Caùc loaïi nöôùc thaûi thöôøng chöùa haøm löôïng N-NH4 cao laø nöôùc thaûi thuyû saûn, nöôùc thaûi ræ raùc, nöôùc thaûi chaên nuoâi heo,…[15],[16] Caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi baäc 2 thoâng thöôøng ñöôïc thieát keá ñeå loaïi caùc chaát höõu cô ( ñaùnh giaù qua caùc thoâng soá BOD5, COD ), vaø chæ coù hieäu quaû loaïi nitô moät phaàn. Do vaäy, vieäc loïai nitô thöôøng phaûi ñöôïc tieán haønh ôû giai ñoaïn tieáp theo sau – töùc xöû lyù baäc cao. Coâng ngheä sinh hoïc truyeàn thoáng ñeå xöû lyù nitô laâu nay laø döïa vaøo söï keát hôïp cuûa 2 quaù trình: nitrat hoùa (nitrification) vaø khöû nitrat (denitrification). Tuy nhieân, coâng ngheä xöû lyù truyeàn thoáng naøy coù nhöõng haïn cheá nhaát ñònh vaø söï caûi tieán coâng ngheä xöû lyù nitô ñaõ ñöôïc quan taâm töø nhöõng thaäp nieân cuoái theá kyû XX. Naêm 1995, moät phaûn öùng chuyeån hoùa nitô môùi chöa töøng ñöôïc bieát ñeán tröôùc ñoù veà caû lyù thuyeát vaø thöïc nghieäm ñaõ ñöôïc phaùt hieän. Ñoù laø phaûn öùng oxy hoùa kî khí ammonium (Anaerobic Ammonium Oxidation, vieát taét laø Anammox) – trong ñoù ammonium ñöôïc oxy hoùa bôûi nitrit trong ñieàu kieän kî khí, khoâng caàn cung caáp chaát höõu cô, ñeå taïo thaønh nitô phaân töû [20]. Söï phaùt hieän phaûn öùng Anammox ñaõ môû ra caùc höôùng phaùt trieån kyõ thuaät xöû lyù nitô môùi, ñaëc bieät laø ñoái vôùi caùc nöôùc thaûi coù haøm löôïng nitô cao. Trong voøng 2 thaäp nieân qua, ñaõ buøng noå caùc nghieân cöùu lieân quan ñeán anammox vaø öùng duïng cuûa noù. Treân bình dieän lyù thuyeát, chu trình nitô töï nhieân trong saùch giaùo khoa ñaõ ñöôïc boå sung moät maéc xích môùi, coøn treân bình dieän coâng ngheä, ñaõ coù nhaø maùy xöû lyù nitô phi truyeàn thoáng ñöôïc xaây döïng vaø vaän haønh. Tham khaûo moät soá taøi lieäu trong vaø ngoaøi nöôùc, nhaän thaáy raèng ngoaøi chu trình bieán ñoåi nitô thoâng thöôøng coøn coù söï bieán ñoåi kî khí trong quaù trình oxy hoùa ammonium vôùi söï coù maët cuûa moät chuûng vi sinh vaät töï döôõng (Anammox) ñoàng thôøi nitrate ñoùng vai troø chaát nhaän ñieän töû. Theo voøng chuyeån hoùa döôùi ñaây: buøn ñoû ñöôïc phaân laäp töø buøn hoaït tính beå kî khí cuûa heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo (Xí nghieäp heo gioáng Ñoâng AÙ, huyeän Dó An, Tænh Bình Döông). Buøn naøy coù khaû naêng laøm giaûm noàng ñoä N-NH4 vaø N-NO2 vaø cho ra N2 vaø N-NO3 trong ñieàu kieän kî khí khoâng caàn aùnh saùng. Theo phöông trính Van de Graaf et al.,1995 vaø Strous et al., 1997 ñaõ ñöa ra vôùi cô cheá seõ trình baøy döôùi ñaây NH4+ + 1.32 NO2- + 0.66HCO3- + 0.13 H+ 1.02N2 + 0.26 NO3- + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O II.2. Toång Quan Veà Tình Hình Nghieân Cöùu Ammonium Treân Theá Giôùi Quaù trình nghieân cöùu ammonium trong nöôùc thaûi ñaõ ñöôïc nghieân cöùu raát nhieàu caû trong vaø ngoaøi nöôùc, baènng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau ñöôïc theå hieän ôû döôùi baûng 3 vaø 4.[21],[25] Baûng 3:Aûnh höôûng cuûa caùc coâng ngheä xöû lyù khaùc nhau ñeán caùc hôïp chaát Nitô Taùc ñoäng hoaëc coäng ngheä xöû lyù Caùc hôïp chaát höõu cô Khöû nitô toång soá cuûa toaøn boä quaù trình (%) Nitô höõu cô NH3 ,N-NH4 N-NO3 Coâng ngheä sinh hoïc Trong vi khuaån ñoàng hoùa 0 40 – 70 % Phaûn nitrate 0 0 Thu hoaïch taûo NH3 , N-NH4 Teá baøo Teá baøo Nitrate hoùa Giôùi haïn N-NO3 0 Ao oxy hoùa NH3 , N-NH4 Moät ít do khí ñaåy Nitrite vaø denitrite 20 – 90 Coâng ngheä hoùa hoïc Khöû baèng chlor Khoâng chaéc chaén 90 – 100 % 0 80 – 95 Haáp phuï baèng cacbon 30 – 50 % Ít Ít 10 – 20 Trao ñoåi ion vôùi nitrate Nheï Nheï 75 – 90 % 70 – 90 Taùc duïng vaät lyù Loïc 30 – 90 % Nheï Nheï 20 – 40 Ñuoåi khí 0 60 – 90 % 0 50 – 90 Ñieän ly 100% 30 – 50 % 30 – 50 % 40 – 50 Baûng 4: Öu vaø khuyeát ñieåm cuûa caùc coâng ngheä xöû lyù khaùc nhau ñeán ammonium Coâng ngheä xöû lyù ammonium Öu ñieåm Khuyeát ñieåm Taùc duïng vaät lyù Coâng ngheä ñôn giaûn (coå ñieån) Hieäu suaát khoâng cao Coâng ngheä hoùa hoïc Hieäu suaát cao Chi phí vaän haønh cao, gaây oâ nhieãm thö caáp Coâng ngheä sinh hoïc Hieáu khí vaø thieáu khí Dieän tích nhoû Chi phí ban ñaàu cao, toán naêng löôïng Ao thöïc vaät thuûy sinh Coâng ngheä ñôn giaûn (coå ñieån) Dieän tích lôùn, phaûi chon loïc heä thöïc vaät thuûy sinh Kî khí Dieän tích raát nhoû, chi phí ñaàu tö thaáp, hieäu suaát cao Nhoùm vi khuaån phaùt trieån chaäm Ammonium ñöôïc xöû lyù baèng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau, nhöng caùc quaù trình treân chæ xöû lyù ammonium ôû taûi troïng trung bình. Coøn vôùi coâng ngheä môùi (Anammox) thì quaù trình xöû lyù ñôn giaûn hôn, ít toán naêng löôïng. II.2.1. Taùc Haïi Cuûa Vieäc Xaû Boû Ammonium Vaøo Moâi Tröôøng [1],[2],[20] Ammonium vaø muoái ammonium laø ñoäc toá ñoái vôùi caù, vôùi noàng ñoä raát nhoû töø 1.2 – 2 ppm cuõng coù theå laøm cheát caù. Noàng ñoä ammonium trong nöôùc nuoâi caù phaûi nhoû hôn 1.2 ppm. Caù coù theå chòu ñöôïc noàng ñoä ureâ cao 1600 ppm. Nhöng trong ñieàu kieän kî khí ñoái vôùi noàng ñoä ureâ nhoû laïi ñoäc ñoái vôùi caù vaø vi sinh vaät vì ôû ñieàu kieän ñoù ureâ phaân huûy thaønh ammoniac vaø khí cacbonic töï do. Caùc amin cuõng gaây ñoäc toá ñoái vôùi caùc loaøi thuûy sinh vaø coøn laøm taêng nhu caàu oxy vaø clo. Vì theá ñoái vôùi nguoàn coù noàng ñoä amin vaø nitô daïng ammonium cao thì trong xöû lyù nöôùc caàn löôïng clo lôùn vaø thôøi gian tieáp xuùc khöû truøng phaûi laâu hôn. Caùc hôïp chaát photphat vaø nitô coù trong nöôùc vôùi noàng ñoä cao gaây neân hieän töôïng phuù döôõng trong caùc soâng, hoà. Hieän töôïng phuù döôõng hoùa nguoàn nöôùc laø hieän töôïng caùc loaïi rong taûo trong nöôùc phaùt trieån quaù möùc do coù söï dö thöøa veà chaát dinh döôõng, maø cuï theå ñoù laø caùc hôïp chaát cuûa nitô vaø photpho. Khi caùc loaøi rong taûo aáy phaùt trieån maïnh seõ daãn ñeán söï bao phuû maët nöôùc laøm cho caùc loaøi sinh vaät bieån khaùc thieáu khoâng khí daãn ñeán ngoä ñoäc. Maët khaùc chuùng hoâ haáp vaøo ban ngaøy cuõng gaây neân söï thieáu huït oxy. Caùc loaïi sinh vaät nhaïy caûm vôùi oxy seõ bò cheát vaø daãn ñeán söï maát caân baèng sinh thaùi Neáu nöôùc chöùa haàu heát caùc hôïp chaát nitô höu cô, ammonium hoaëc NH4OH , thì chöùng toû nöôùc môùi bò oâ nhieãm. NH3 seõ gaây ñoäc ñoái vôùi caù vaø caùc sinh vaät khaùc trong nöôùc Neáu trong nöôùc coù caùc hôïp chaát N chuû yeáu laø nitrite (NO2) thì chöùng toû nöôùc ñaõ bò oâ nhieãm moät thôùi gian daøi hôn vì muoái ammonium ñaõ bò oxy hoùa thaønh nitrite Neáu trong nöôùc coù caùc hôïp chaát N chuû yeáu laø nitrate (NO3) thì chöùng toû quaù trình phaân huûy ñaõ keát thuùc. Tuy vaäy caùc nitrate chæ beàn ôû ñieàu kieän hieáu khí, khi ôû ñieàu kieän thieáu khí hoaëc kî khí caùc nitrate deã bò khöû thaønh N2O, NO vaø nitô phaân töû taùch khoûi nöôùc bay vaøo khoâng khí. Neáu nitrate ôû trong nöôùc cao coù theå gaây ñoäc ñoái vôùi ngöôøi (vì khi vaøo cô theå, vôùi ñieàu kieän thích hôïp ôû ñöôøng tieâu hoùa, nitrate seõ bieán thaønh nitrite chaát naøy seõ keát hôïp vôùi hoàng caàu thaønh chaát khoâng vaän chuyeån oxy, gaây beänh thieáu maùu) Ammoniac(NH3) trong nöôùc toàn taïi ôû daïng NH3 vaø NH4+ (NH4OH, NH4NO3 , (NH4)2SO4 … ) tuøy thuoäc vaøo pH cuûa nöôùc vì noù laø moät bazô yeáu . NH3 hoaëc NH4+ coù trong nöôùc cuøng vôùi photphat thuùc ñaåy quaù trình phuù döôõng cuûa nöôùc. Tính ñoäc cuûa ammoniac cao hôn ion ammonium. Vôùi noàng ñoä 0.01 mg/l NH3 ñaõ gaây ñoäc cho caù qua ñöôøng maùu: noàng ñoä töø 0.2 – 0.5 mg/l ñaõ gaây ñoäc caáp tính. Trong nöôùc maët töï nhieân, vuøng khoâng oâ nhieãm coù haøm löôïng ammonium nhoû hôn 0.05 ppm; trong nöôùc thaûi töø caùc xí nghieäp cheá bieán thöïc phaåm vaø moät soá ngaønh coâng nghieäp khaùc coù haøm löôïng ammonium töø 10 ñeán vaøi traêm mg/l. Ôû Haø Lan quy ñònh haøm löôïng ammonium trong nöôùc maët treân 5 mg/l laø nöôùc oâ nhieãm naëng. FAO quy ñònh cho nöôùc nuoâi caù coù noàng ñoä ammonium khoâng vöôït quaù 0.2 mg/l ñoái vôùi caù Salmonid ( caù hoài) vaø 0.8 mg/l ñoái vôùi hoï caù Cyprinid (caù cheùp) Nitrate (NO3) laø saûn phaåm cuoái cuøng cuûa quaù trình phaân huûy caùc hôïp chaát höõu cô chöùa N coù trong chaát thaûi cuûa ngöôøi, ñoäng vaät vaø thöïc vaät. Trong nöôùc töï nhieân noàng ñoä nitrate thöôøng nhoû hôn 5 mg/l: vuøng bò oâ nhieãm do chaát thaûi hoaëc phaân boùn hoùa hoïc thì haøm löôïng nitrate trong nöôùc treân 10 mg/l, laøm cho rong taûo deõ phaùt trieån gaây aûnh höôûng xaáu ñeán chaát löôïng nöôùc sinh hoaït vaø nuoâi troàng thuûy saûn. Baûn thaân nitrate khoâng phaûi laø chaát coù ñoä tính, nhöng ôû trong cô theå noù bò chuyeån hoùa thaønh nitrite (NO2) roài keát hôïp vôùi moät soá chaát khaùc coù theå taïo thaønh caùc hôïp chaát nitrozo laø chaát coù khaû naêng gaây ung thö. Haøm löôïng nitrate (NO3) trong nöôùc cao, neáu uoáng phaûi seõ gaây beänh thieáu maùu, laøm treû xanh xao (beänh methaemoglobinaemia, blue baby) do chöùc naêng cuûa haemoglobin bò giaûm. Nguyeân nhaân laøm giaûm chöùc naêng cuûa haemoglobin laø do löôïng nitrate taêng trong cô theå. Theo quy ñònh cuûa WHO, nitrate coù trong nöôùc uoáng khoâng quaù 10mg/l (tính theo N) hoaëc 45mg/l (tính theo NO3) [16],[19] II.3. Toång Quan Veà Kyõ Thuaät Xöû Lyù Nitô Truyeàn Thoáng Caùc heä thoáng xöû lyù nitô truyeàn thoáng döïa treân söï keát hôïp 2 giai ñoaïn nitrat hoùa (nitrification) vaø denitrat hoùa (denitrification).[20],[22] II.3.1. Quaù Trình Nitrate Hoùa Ở giai ñoaïn nitrat hoùa, Ammonium trong nöôùc thaûi ñöôïc oxi hoùa ñeán nitrat qua 2 böôùc nitrit hoùa (nitritation) vaø oxy hoùa nitrit (nitratation). Ñaây laø giai ñoaïn xaûy ra trong ñieàu kieän hieáu khí. Caùc phaûn öùng ñöôïc moâ taû nhö sau: 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O (1) 2NO2- + O2 2NO3- (2) NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O (3) Neáu tính ñeán söï ñoàng hoùa nitô cho sinh tröôûng teá baøo vi khuaån, phaûn öùng toång theå cuûa giai ñoaïn nitrat hoùa ñöôïc vieát [27] NH4+ + 1.83 O2 + 1.98 HCO3- 0.021 C5H7NO2 + 0.98 NO3- + 1.041 H2O + 1.88 H2CO3 (4) Vi sinh vaät ñoùng vai troø trong phaûn öùng (1), thöôøng goïi laø caùc AOB (Ammonium Oxidizing Bacteria), ñöôïc bieát chuû yeáu laø caùc vi khuaån thuoäc chi Nitrosomonas vaø moät soá chi khaùc nhö Nitrosococcus, Nitrosospria, Nitrosolobus Chi Nitrosomonas: teá baøo hình elip hay hình quy ngaén, di ñoäng hoaëc khoâng, ñöùng rieâng reã, thaønh ñoâi hay thaønh chuoãi, gram aâm, coù maøng teá baøo chaát taùch ra thaønh tuùi khí ôû phaàn giöõa cuûa teá baøo chaát. Dinh döôõng hoùa naêng voâ cô baét buoäc, oxy hoùa NH4+ thaønh NO2- , duøng quaù trình coá ñònh CO2 ñeå thoûa maõn nhu caàu veà naêng löôïng vaø veà nguoàn thöùc aên cacbon. Phaùt trieån ôû nhöõng choã nöôùc ngoït hoaëc nöôùc bieån coù chöùa nhieàu NH4+ hoaëc nhieàu caùc muoái voâ cô. Khoâng caàn söû duïng caùc chaát sinh tröôûng höõu cô, bieân ñoä nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 5 – 30oC, pH thích hôïp laø 5.5 – 8.5. Löôïng chöùa G+X trong AND vaøo khoaûng 47.4 – 51.0% phaân töû. Chæ coù moät loaøi laø Nitrosomonas europana. Chi Nitrosospira : teá baøo hình xoaén, gram aâm, di ñoäng hoaëc khoâng, chu mao, töï döôõng hoùa naêng baét buoäc, hieáu khí baét buoäc, bieân ñoä nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 15 – 30oC, pH thích hôïp laø 6.5 – 8.5. Löôïng chöùa G+X trong AND vaøo khoaûng 54.1% phaân töû. Phaùt trieån ôû nöôùc ngoït, khoâng caàn söû duïng caùc chaát sinh tröôûng höõu cô. Chi Nitrosococcus : teá baøo hình caàu, gram aâm, di ñoäng hoaëc khoâng di ñoäng, ñöùng rieâng reõ, thaønh ñoâi hay thaønh boán teá baøo, töï döôõng hoùa naêng baét buoäc. Phaùt trieån ôû nöôùc ngoït hay ôû nöôùc maën giaøu ammonium vaø muoái voâ cô, khoâng caàn söû duïng caùc chaát sinh tröôûng höõu cô. bieân ñoä nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 2 – 30oC, pH thích hôïp laø 6.0 – 8.0. Löôïng chöùa G+X trong AND laø vaøo khoaûng 50.5 - 51.0% phaân töû Chi Nitrosolobus : teá baøo ña hình thaùi, coù khi coù thuøy, phaân caét theo phöông phaùp co thaét laïi, gram aâm, di ñoäng, chu mao, teá baøo bò ngaên caùch ra do söï loõm vaøo cuûa maøng nguyeân sinh chaát, di ñoäng, chu mao, töï döôõng hoùa naêng baét buoäc, hieáu khí baét buoäc, khoâng caàn chaát sinh tröôûng höõu cô. bieân ñoä nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 15 – 30oC, pH thích hôïp laø 6.0 – 8.2. Löôïng chöùa G+X trong AND laø vaøo khoaûng 53.6 - 55.1% phaân töû Töông töï, caùc NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria) lieân quan trong phaûn öùng (2) chuû yeáu laø vi khuaån thuoäc chi Nitrobacter, vaø moät soá chi khaùc nhö Nitrococcus, vaø Nitrospira ñöôïc phaùt hieän theâm sau naøy (Suwa et al., 1994; Schramm et al., 1998;). Chi Nitrobacter : teá baøo hình que ngaén thöôøng coù hình caùi neâm hay hình quaû leâ, sinh saûn theo kieåu naåy choài, coù theå coù nhöõng lôùp maøng teá baøo chaát bao boïc moät ñaàu troâng nhö hình caùi muõ len. Thöôøng khoâng di ñoäng, gram aâm. Moät soá töï döôõng hoùa naêng baét buoäc, moät soá coù theå dò döôõng, hieáu khí baét buoäc. Giôùi haïn nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 5 – 40oC, pH thích hôïp laø 6.5 – 8.5. Löôïng chöùa G+X trong AND laø vaøo khoaûng 60.7 - 61.7% phaân töû Chi Nitrospina : teá baøo hình que thaúng, maûnh deû, coù theå coù hình caàu, gram aâm, khoâng di ñoäng. Töï döôõng hoùa naêng baét buoäc, khoâng ñoøi hoûi caùc chaát kích thích sinh tröôûng höõu cô. Hieáu khí baét buoäc, giôùi haïn nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 20 – 30oC, pH thích hôïp laø 7.0 – 8.0. Löôïng chöùa G+X trong AND laø vaøo khoaûng 57.7% phaân töû Chi Nitrococcus : teá baøo hình caàu, kích thöôùc khoaûng 1.5 µm. gram aâm .di ñoäng nhôø 1 hoaëc 2 tieân mao ôû choã gaàn taän cuøng. Töï döôõng hoùa naêng baét buoäc. Khoâng ñoøi hoûi caùc chaát sinh tröôûng höõu cô. Giôùi haïn nhieät ñoä phaùt trieån ñöôïc laø 15 – 30oC, pH thích hôïp laø 6.8 – 8.0. Löôïng chöùa G+X trong AND laø vaøo khoaûng 61.2% phaân töû. Giöõa caùc AOB vaø NOB coù nhöõng khaùc bieät veà ñieàu kieän taêng tröôûng, cho pheùp ñieàu khieån choïn loïc söï caïnh tranh öu theá cuûa chuùng. Ví duï, toác ñoä sinh tröôûng rieâng cöïc ñaïi cuûa AOB nhoû hôn cuûa NOB ôû nhieät ñoä thaáp (0.xx so vôùi 0.xxx), nhöng do heä soá nhieät Van’t Hoff lôùn hôn, neân ôû nhieät ñoä cao (treân 28oC), AOB coù aùi löïc oxy thaáp hôn caùc NOB (0.63 mg O2/l so vôùi 1.32mg O2/l) neân ôû ñieàu kieän oxy haïn cheá, AOB seõ chieám öu theá (Jayamohan et al., 1988). II.3.1.1. Ñoäng Hoïc Cuûa Quaù Trình Nitrate Hoùa. [20], [22] Toác ñoä taêng tröôûng cuûa Nitrobacter cao hôn Nitromonas. Do ñoù, giai ñoaïn toác ñoä giôùi haïn trong quaù trình nitrate hoùa laø söï chuyeån hoùa ammonium thaønh nitrite bôûi Nitrosomonas Phöông trình sau ñaây moâ taû söï taêng tröôûng theo Monod Trong ñoù : Toác ñoä taêng tröôûng, rieâng (ngaøy -1) Toác ñoä taêng tröôûng cöïc ñaïi (ngaøy -1) N=[NH4+]:noàng ñoä NH4+, mg/l KN :haèng soá baùn baõo hoøa cuûa NH4+,mg/l [DO] : noàng ñoä oxy hoøa tan, mg/l Ko :haèng soá baùn toác ñoä cuûa oxy , mg/l Ko :ñöôïc öôùc löôïng 0.15 – 2 mg/l phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä . Vi khuaån nitrate hoùa (0.006 – 0.035 h-1) thaáp hôn nhieàu so vôùi µmax cuûa moâi tröôøng hoãn hôïp cuûa caùc vi khuaån dò döôõng söû duïng cô chaát laø glucose (0.18 – 0.38 h-1). Saûn löôïng teá baøo cuûa vi khuaån nitrate hoùa cuõng thaáp hôn vi khuaån dò döôõng. Saûn löôïng toái ña Nitrosomonas laø 0.29, cuûa Nitrobacter thaáp hôn nhieàu khoaûng 0.08. tuy nhieân, caùc soá lieäu thí nghieäm thaáp hôn nhieàu, thay ñoåi töø 0.04 – 0.13 ñoái vôùi Nitrosomonas vaø 0.02 – 0.07 ñoái vôùi Nitrobacter. Do ñoù, trong moâi tröôøng nitrate hoùa, Nitrosomonas hieän dieän vôùi soá löôïng lôùn hôn nhieàu so vôùi Nitrobacter. Quaù trình nitrate hoùa thích hôïp vôùi nöôùc thaûi ñaàu ra cuûa caùc coâng trình xöû lyù sinh hoïc coù BOD thaáp vaø noàng ñoä ammonium cao. Quaù trình taêng tröôûng hieáu khí lô löûng laø thích hôïp nhaát cho söï nitrate hoùa nöôùc thaûi ñaàu ra. Söï nitrate hoùa xaåy ra trong beå hieáu khí( thôøi gian löu nöôùc laø h) vaø buøn chöùa löôïng lôùn vi khuaån nitrate hoùa ñöôïc tuaàn hoaøn ñeå duy trì hoaït tính nitrate hoùa cao. II.3.1.2. Caùc Ñieàu Kieän Toái Öu Cho Quaù Trình Nitrate Hoùa Khoaûng pH cho pheùp, (95% nitrate hoùa) 7.2 – 8.4 Nhieät ñoä cho pheùp (95% nitrate hoùa ), oC 15 - 35 Nhieät ñoä toái öu oC, (öôùc tính) 30 Oxy hoøa tan ôû löu löôïng toái ña, (mg/l) >1 MLVSS, (mg/l) 1200 – 2500 Kim loaïi naëng (Cu, Zn, Cd, Ni, Pb, Cr), (mg/l) < 5 Caùc hôïp chaát phenol coù halogen, (mg/l) 0 Caùc dung moâi halogen, (mg/l) 0 Phenol vaø cresol, (mg/l) < 20 Cyanide vaø hôïp chaát giaûi phoùng acidhydrocyanide, (mg/l) < 20 Nhu caàu oxy, (mg/l) 4.6 II.3.2. Quaù Trình Khöû Nitrate Ởû giai ñoaïn denitrat hoùa, nitrat ñöôïc khöû thaønh nitrit roài thaønh khí nitô (N2) qua moät soá saûn phaåm trung gian khaùc. Giai ñoaïn naøy xaûy ra trong ñieàu kieän kî khí. Quaù trình khöû caàn söï hieän dieän cuûa caùc hôïp chaát höõu cô nhö laø nguoàn cho ñieän töû. Caùc chaát höõu cô thöôøng söû duïng goàm methanol, etanol, acetate, glucose,.. (nguoàn carbon ngoaøi) hay chính caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi (nguoàn carbon noäi). Caùc phaûn öùng chuyeån hoùa trong tröôøng hôïp nguoàn carbon laø methanol nhö sau 6 NO3- + 2 CH3OH " 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O (5) 6 NO2- + 3 CH3OH " 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH- (6) 6 NO3- + 5 CH3OH " 3 N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH- (7) Phaûn öùng toång theå cuûa giai ñoaïn denitrat hoùa coù tính ñeán söï ñoàng hoùa nitô cho sinh tröôûng teá baøo coù daïng [20],[27] NO3- + 1.08 CH3OH + H+ " 0.065 C5H7NO2 + 0.47 N2 + 0.76 CO2 + 2.44 H2O (8) Ñoùng vai troø trong quaù trình denitrat hoùa laø caùc vi khuaån thuoäc caùc chi Pseudomonas, Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, . . . Veà maët kyõ thuaät, caùc heä thoáng xöû lyù nitô truyeàn thoáng coù theå ñöôïc thieát kế theo trình töï nitrat hoùa – denitrat hoùa (post-denitrification) hay ngöôïc laïi (pre-denitrification). Trong tröôøng hôïp thöù nhaát, nguoàn carbon beân ngoaøi phaûi ñöôïc cung caáp cho beå denitrat hoùa: coøn trong tröôøng hôïp thứ hai, phaûi caàn moät doøng hoài löu lôùn (R=2-3) töø beå nitrat hoùa. Hình 1: Caùc sô ñoà heä thoáng N/DN xöû lyù nitô Maëc duø ñöôïc phaùt trieån ñaõ töø laâu vaø hieän vaãn coøn öùng duïng roäng raõi, caùc heä thoáng nitrat hoùa – denitrat hoùa (N/DN) boäc loä nhieàu haïn cheá sau ñaây, nhaát laø veà phöông dieän kinh teá khi aùp duïng xöû lyù nöôùc thaûi coù haøm löôïng nitô cao vaø carbon thaáp nhö nöôùc ræ raùc, nöôùc laéng beå phaân huûy buøn, beå biogas, . . . Nhu caàu oxy cao cho giai ñoaïn nitrat hoùa. Theo phaûn öùng (4) thì nhu caàu oxy laø 4.2 g-O2/g N-NH4 ñöôïc oxy hoùa ñeán nitrat. Ví duï trong xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït, khi keát hôïp nitrat hoùa vôùi oxy hoùa loaïi BOD trong cuøng beå hoaït tính thì phaûi taêng gaáp ñoâi löôïng oxy cung caáp so vôùi chæ rieâng muïc ñích oxy hoùa carbon höõu cô. Nhu caàu boå sung nguoàn carbon höõu cô cho giai ñoaïn denitrat hoùa. Theo phaûn öùng (8), nhu caàu methanol seõ laø 2.47 g cho 1 g N-NO3 ñöôïc denitrat hoùa. Nhu caàu naøy thöôøng laøm cho giaù thaønh quaù trình xöû lyù taêng cao, nhaát laø vôùi nöôùc thaûi coù haøm löôïng nitô cao. Nhu caàu boå sung ñoä kieàm. Giai ñoaïn nitrat hoùa ñoøi hoûi tieâu thuï ñoä kieàm 7.14g CaCO3/g N-NH4 ñöôïc oxy hoùa. Cho neân neáu nöôùc thaûi khoâng ñuû ñoä kieàm thì seõ phaûi boå sung baèng muoái carbonat. Hai giai ñoaïn nitrat hoùa vaø denitrat hoùa xaûy ra vôùi hai ñieàu kieän ngöôïc nhau: hieáu khí – kî khí, töï döôõng – dò döôõng. Do vaäy, hai giai ñoaïn phaûi tieán haønh trong caùc beå phaûn öùng rieâng bieät vaø söï vaän haønh, kieåm soaùt quaù trình cuûa heä thoáng xöû lyù nitô truyeàn thoáng ñoøi hoûi phöùc taïp. Ví duï, trong khi ôû giai ñoaïn nitrat hoùa caàn duy trì DO toái thieåu laø 2 mg/l thì ôû giai ñoaïn denitrat hoùa phaûi khoáng cheá DO döôùi 0.3 mg/l. Trong nhieàu naêm qua, ñaõ coù nhöõng nghieân cöùu nhaèm caûi tieán kyõ thuaät N/DN truyeàn thoáng, chuû yeáu laø laøm taêng hieäu quaû xöû lyù ôû caùc giai ñoaïn nitrat hoùa vaø denitrat hoùa nhö söû duïng vaät lieäu baùm cho vi sinh vaät, boá trí nhieàu taàng hieáu khí / kî khí, caáp nöôùc thaûi vaøo ôû nhieàu vò trí doïc theo beå, toái öu hoùa thieát keá. . . Moät höôùng caûi tieán khaùc laø nhaém vaøo thay ñoåi con ñöôøng chuyeån hoùa. Ví duï ñieån hình laø quaù trình loaïi nitô “ ñöôøng ñi taét” (SNBR= shortcut biological nitrogen removal), töùc laø denitrit hoùa (khöû veà nitô phaân töû töø nitrit) thay cho denitrat hoùa, ñeå giaûm bôùt nhu caàu oxy caàn cho giai ñoaïn oxy hoùa nitrit vaø nhu caàu carbon höõu cô cho giai ñoaïn khöû nitrat veà nitrit. Heä thoáng SNBR cho pheùp giaûm 25% nhu caàu oxy vaø khoaûng 40% nhu caàu carbon höõu cô. [20],[22],[29] Tuy nhieân, veà caên baûn caùc phöông aùn caûi tieán treân ñeàu vaãn döïa treân söï keát hôïp 2 giai ñoaïn töï döôõng vaø dò döôõng, nghóa laø vaãn caàn cung caáp nguoàn carbon höõu cô. Töø nhöõng naêm 1990, söï phaùt hieän ra phaûn öùng oxy hoùa kî khí ammonium (Anammox) ñaõ cho pheùp phaùt trieån caùc heä thoáng xöû lyù nitô hoaøn toaøn töï döôõng Hình 2: Moâ taû sô ñoà nguyeân taéc caùc quaù trình xöû lyù loaïi nitô bao goàm heä thoáng N/DN truyeàn thoáng vaø caùc heä thoáng caûi tieán Baûng 5: cho pheùp so saùnh moät vaøi thoâng soá vaän haønh ñaëc tröng cuûa caùc heä thoáng xöû lyù nitô truyeàn thoáng vaø caûi tieán khaùc nhau. Heä thoáng Taûi löôïng (kg-N/ha/d) Tieâu thuï naêng löôïng (kWh/kg-N) COD/N Taïo sinh khoái (kg khoâ/ kg -N) Hieäu suaát loaïi toång N (%) N/DN buøn hoaït tính truyeàn thoáng 200 -700 2.31) 3 -6 1 -1.2 > 75 SNBR buøn hoaït tính 200 -700 1.71) 2 -4 0.8 -0.9 > 75 Buøn hoaït tính hoaøn toaøn töï döôõng > 200-700 0.9 0 < 0.1 > 75 Ao taûo 15 -30 0.1 -1 6 -7 10 -15 23 -78 Ao beøo 3 -4 < 0.1 28 20 -26 74 -77 Caùnh ñoàng ngaäp nhaân taïo 3 -26 < 0.1 2 -7 - 30 -70 Chæ tính ñieän naêng tieâu thuï cho thoâng khí, vôùi hieäu suaát 2 kg O2/kWh. (Nguoàn: Mulder, 2003) II.4. Caùc Phöông Phaùp Xöû Lyù Ammonium II.4.1. Phöông Phaùp Khöû Ammonium Sinh Hoïc Phöông phaùp khöû ammonium sinh hoïc döïa treân caùc quaù trình sinh hoïc sau: Quaù trình ñoàng hoaù: Khöû ammonium baèng sinh vaät dò döôõng ammonium nhö naám moác, vi khuaån, xaï khuaån, naám men, taûo… tham gia vaøo caùc quaù trình thuyû giaûi ñaïm phöùc taïp thaønh ñaïm ammonium vaø ñoàng hoaù ñeå phaùt trieån sinh khoái Quaù trình dò hoaù: Khöû ammonium baèng vi khuaån töï döôõng hoaù naêng như laø vi khuaån Nitrosomonas, Nitrobacter...Chuùng söû duïng oxy ñeå chuyeån hoaù ammonium thaønh nitrat vaø thu naêng löôïng Quaù trình töï döôõng cuûa vi khuaån nitrat hoaù ñöôïc tieán haønh nhö sau: NH4+ + 1,5 O2 Nitrosomonas NO2 + 2H+ + H2O + 273KJ NO2- + 0,5 O2 Nitrobacter NO3- + 75KJ Vaø toaøn boä: NH4+ + 2 O2 Vi khuaån NO3 + 2 H+ + H2O + 350KJ Naêng löôïng sinh ra ñeå thöïc hieän caùc quaù trình sinh toång hôïp taïo teá baøo môùi vaø 1 phaàn thoaùt nhieät. Ñieàu kieän toái öu cho söï phaùt trieån caùc vi khuaån nitrat hoaù laø pH:7,5; DO:0,5mg/l; to:5-40oC. Ammonium ñöôïc xöû lyù baèng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau, vôùi caùc quaù trình treân thì chæ xöû lyù ammonium ôû taûi troïng trung bình coøn vôùi coâng ngheä môùi thì coù theå xöû lyù taûi troïng ammonium cao hôn maø ñôn giaûn vaø ít tieâu toán naêng löôïng Hình 3: Sô ñoà chuyeån hoaù ammonium II.4.2. Phöông Phaùp Hoùa Lyù Coù theå loaïi boû nitô baèng phöông phaùp hoùa lyù, phöông phaùp naøy döïa treân nguyeân lyù veà söï caân baèng cuûa ion ammonium vaø khí ammoniac trong dung dòch. Ñöa ñoä pH cuûa nöôùc thaûi leân tôùi giaù trò pH = 11 baèng caùch cho theâm voâi vaøo ñeå chuyeån NH4+ thaønh NH3 trong nöôùc vaø ñöôïc loaïi boû baèng chöng caát loâi cuoán hôi nöôùc. Tuy nhieân ngöôøi ta thöôøng söû duïng phöông phaùp naøy ñeå keát hôïp loaïi boû photpho. Thöïc teá ít söû duïng vì voán ñaàu tö lôùn, toán naêng löôïng ñieän söû duïng ñeå ñun noùng, ngoaøi ra caën nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä vaø deã keát tuûa neân khoâng deã daøng vaän haønh vaø baûo trì thieát bò. II.4.3. Phöông Phaùp Oxy Hoaù Kò Khí Ammonium (ANAMMOX) II.4.3.1. Söï phaùt hieän phaûn öùng Anammox Thaät ra, phaûn öùng anammox ñaõ ñöôïc döï baùo töø tröôùc khi ñöôïc phaùt hieän [22]. Treân cô sôû tính toaùn nhieät ñoäng hoïc, Broda ñaõ döï baùo söï toàn taïi cuûa caùc vi khuaån töï döôõng hoùa naêng coù khaû naêng oxy hoùa ammonium bôûi nitrat, nitrit vaø thaäm chí veà maët naêng löôïng coøn deã xaûy ra hôn söï oxy hoùa bôûi oxy phaân töû NH4+ + NO2- " N2 + 2 H2O G0 = -357 kJ/mol (9) 5 NH4+ + 3 NO3- " 4 N2 + 9 H2O + 2 H+ G0 = -297 kJ/mol (10) NH4+ + 1.5 O2 " NO2- + 2 H+ + H2O G0 = -275 KJ/mol (11) Maõi 17 naêm sau ñoù, baèng chöùng thöïc teá ñaàu tieân cuûa phaûn öùng anammox môùi ñöôïc phaùt hieän ôû moät beå denitrat hoùa xöû lyù nöôùc laéng cuûa beå phaân huûy buøn taïi Gist-brocades (Delft, Haø Lan) [28]. Qua theo doõi caân baèng nitô, caùc taùc giaû ñaõ phaùt hieän thaáy söï giaûm ñoàng thôøi noàng ñoä ammonium vaø noàng ñoä nitrat, nitrit cuøng söï taïo thaønh nitô phaân töû ôû ñieàu kieän kî khí. Trong moät vaøi naêm tieáp theo, nhoùm Ñaïi hoïc Kyõ thuaät Deft (TU-Deft) ñaõ coù caùc nghieân cöùu xaùc nhaän vaø moâ taû ban ñaàu veà anammox ñöôïc coâng boá [20], [22], [27]. Theo ñoù, anammox ñöôïc xaùc ñònh coù baûn chaát laø quaù trình sinh hoïc, ammonium ñöôïc oxy hoùa döôùi ñieàu kieän kî khí vôùi nitrit laø phaàn nhaän ñieän töû, taïo thaønh nitô phaân töû. Tieáp theo phaùt hieän cuûa nhoùm TU-Deft, phaûn öùng anammox cuõng ñaõ laàn löôït ñöôïc phaùt hieän vaø xaùc nhaän treân caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi bôûi caùc nhaø nghieân cöùu ôû caùc nôi khaùc nhö Ñöùc (Schmid et al., 2000); Nhaät (Furukawa et al., 2000); Thuïy Só (Egli et al., 2001); Bæ (Pynaert et al., 2002); Anh (Schmid et al., 2003). [20] Söï phaùt hieän vi khuaån Anammox ôû caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi ñaõ daãn caùc nhaø khoa hoïc ñeán söï tìm kieám trong caùc heä sinh thaùi töï nhieân. Phaûn öùng anammox ñaõ ñöôïc chöùng minh ñoùng ñeán 50% vai troø trong vieäc taïo khí nitô trong traàm tích bieån Baltic [27], trong vuøng nöôùc thieáu khí döôùi ñaùy ñaïi döông ôû Costa Rica, [27]. Caùc vi khuaån Anammox thuoäc moät chi môùi ñaõ ñöôïc phaùt hieän trong vuøng nöôùc gaàn ñaùy Bieån Ñen [23]. Treân cô sôû caùc phaùt hieän vi khuaån vaø phaûn öùng anammox, chu trình chuyeån hoùa nitô töï nhieân coù trong saùch giaùo khoa töø laâu nay ñaõ ñöôïc boå sung moät maéc xích môùi vaø ñöôïc vieát laïi. Hình 4: Chu trình nitô môùi coù theâm maéc xích anammox Caùc nghieân cöùu moâ taû chi tieát veà hoùa sinh hoïc, vi sinh hoïc, sinh hoïc phaân töû, . . . cuûa anammox tieáp tuïc phaùt trieån maïnh töø cuoái thaäp nieân 1990 ñeán nay, ñaõ laøm roõ nhieàu khía caïnh cuûa anammox._.c ÔÛ pH = 2-2,5 ion nitrit seõ taïo söï keát hôïp giöõa acid sunfanilic diazo vôùi a - naftylamin cho maøu hoàng ñoû. Ñem so maøu cuûa dung dòch maãu thöû vôùi maøu cuûa thang chuaån seõ xaùc ñònh ñöôïc haøm löôïng nitrit. Khi so maøu coù theå duøng maét thöôøng hoaëc so maøu treân maùy ôû böôùc soùng ( = 520nm. III.2.2.6.2. Duïng cuï - Hoaù Chaát Duïng cuï Pipet Bình ñònh möùc oáng nghieäm Maùy quang phoå haáp thu phaân töû (maùy so maøu Thermo Spectronic Model 4001/4 –USA) Hoùa chaát Dung dòch NO2- chuaån 100ppm: caân 0,1468g NaNO2 theâm nöôùc caát ñeán 100ml. Pha loaõng dung dòch treân thaønh 10 laàn baèng nöôùc caát seõ thu ñöôïc dung dòch coù 0,01mg HNO2 trong 1ml. Griss A: laáy 5g acid sunfanilic hoaø tan vaøo 50ml HCl ññ + 300ml nöôùc = 500ml,khuaáy ñeàu,baûo quaûn trong loï maøu Griss B:Caân 0,1g -naphtylamin hoaø vaøo 20ml nöôùc caát,khuaáy ñeàu,ñun soâi roài ñeå laéng,gaïn laáy phaàn trong,theâm 150ml axit acetic 15% vaøo,laéc ñeàu III.2.2.6.3. Tieán Haønh Chuaån bò daõy chuaån vaø maãu: chuaån bò 6 oáng nghieäm vaø ñaùnh soá thöù töï laø: 0, 1 , 2 , 3 , 4 , 5 vaø maãu. Cho laàn löôït vaøo caùc coác töø soá 0 – 5 laø 0; 0,2 ;0,4; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 ml dung dòch nitrit chuaån 10ppm ,oáng maãu khoaûng 9ml maãu . Theâm vaøo taát caû caùc oáng 0,5ml dung dòch Griss B vaø 0,5ml dung dòch Griss A, laéc ñeàu vaø ñeå yeân 2 phuùt, ñem ño böôùc soùng 520nm, dung dòch so saùnh laø bình soá 0.(neáu khi cho chæ thò vaøo maø maøu quaù ñaäm thì phaûi pha loaõng maãu) III.2.2.6.4. Caùc Ion Caûn Trôû Clo hoaït ñoäng coù theå cho maøu phuï, tröôøng hôïp ñoù phaûi cho Griss B tröôùc sau ñoù cho Griss A. Ion Cu2+ phaân huyû muoái diazo neân caûn trôû pheùp xaùc ñònh. Khi khoâng coù ion caûn trôû, phaûn öùng ñaït ñoä nhaïy cao (0,001mg/l) III.2.2.6.5. Xaùc Ñònh Ñöôøng Chuaån Nitrit Bình 0 1 2 3 4 5 V N-NO2 chuaån 10ppm 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Gris B (ml) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Gris A (ml) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 V nöôùc caát (ml) 9 8.8 8.6 8.4 8.2 8 Noàng ñoä (C) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Böôùc soùng (A) 0 0.419 0.808 1.191 1.5 1.793 III.2.2.7. Xaùc Ñònh Haøm Löôïng Ammonium - Phöông Phaùp So Maøu Vôùi Thuoác Thöû Netsle III.2.2.7.1. Nguyeân Taéc Vieäc xaùc ñònh löôïng ion NH4+ baèng phöông phaùp naøy döïa treân cô sôû laø muoái amonium vaø amoniac khi taùc duïng vôùi dung dòch kieàm Kali thuyû nhaân iondua (thuoác thöû Netsle) taïo thaønh hôïp chaát thuyû ngaân iondua coù keát tuûa daïng keo vaø bieán thieân töø maøu vaøng sang maøu naâu ñoû naâu tuyø theo haøm löôïng ion NH4+ ít hay nhieàu. Neáu haøm löôïng muoái töông ñoái lôùn thì dung dòch coù maøu ñoû vaøng, vaø khi löôïng muoái lôùn seõ taïo thaønh keát tuûa ñoû thaåm. NH4OH + 2K2HgI4 + 4KOH ® Hg2ONH2 ¯ + 3H2O + 7KI Maøu cuûa dung dòch beàn sau 10 phuùt. Ño maøu baèng quang phoå keá ôû l = 430nm. III.2.2.7.2. Duïng Cuï Hoaù Chaát Duïng cuï Pipet Bình ñònh möùc OÁng nghieäm Bình tia Maùy quang phoå haáp thu phaân töû (maùy so maøu Thermo Spectronic Model 4001/4 –USA) Hoùa Chaát Dung dòch amonium chuaån: hoaø tan 0,297g amoni clorua vaøo moät löôïng nöôùc nhoû, sau ñoù theâm nöôùc ñeán 100ml, laéc ñeàu. Nöôùc caát khoâng chöùa amoniac: acid hoùa nöôùc caát baèng acid clohidric. Thuoác thöû Netsle: nghieàn 10g HgI2 + 5g KOH + hoaø vaøo 50ml nöôùc caát troän ñeàu, theâm nöôùc caát ñeán ñuû 100ml. Ñeå laéng dung dòch trong 3 ngaøy, ñeå trong chai maøu saãm. Dung dòch Kalinatritactrat (KNaC4H4O6): caân 30g muoái kalinatritactrat ñaõ ñöôïc saáy khoâ ôû 80 – 900 trong 4 – 5h (ñeå loaïi caùc hôïp chaát ammonium). Hoaø tan löôïng caân ñöôïc vaøo 70ml nöôùc caát khoâng chöùa amoniac vaø loïc qua giaáy loïc ñaõ röûa saïch. Theâm 5ml thuoác thöû Netsle ñeå loaïi heát amonium. Ñöïng trong chai thuyû tinh maøu. III.2.2.7.3. Tieán Haønh. Chuaån bò daõy chuaån maãu: chuaån bò 5 oáng nghieäm vaø ñaùnh soá thöù töï laø 0 , 1 , 2 , 3 , 4 maãu. Cho laàn löôït vaøo caùc bình töø 0 – 4 laø 0 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1,0 ml dung dòch amonium chuaån, oáng maãu khoaûng 9,5ml maãu. Theâm vaøo taát caû caùc oáng 0,3ml dung dòch kalinatritactrat vaø 0,2ml thuoác thöû Netsle laéc ñeàu. Sau 4 – 5 phuùt ñem ñi ño quang ôû l = 430nm. III.2.2.7.4. Caùc Yeáu Toá Caûn Trôû Caùc ion kim loaïi taïo ñöôïc hidroxit trong moâi tröôøng kieàm nhö Ca2+, Mg2+, Fe3+… ñeàu caûn trôû xaùc ñònh ion NH4+. Ñeå loaïi boû chuùng ta caàn duøng 0,5 – 1ml Kalinatritartrat hoaëc EDTA. Ion sunfua caûn trôû pheùp xaùc ñònh do taïo chaát maøu vaøng. Ñeå kieåm tra ion sunfua cho vaøo maãu nöôùc moät löôïng nhoû acid sunfuric (cöù 5ml nöôùc thì cho 2ml H2SO4 1:3). Sau khi cho acid, maãu nöôùc bò ñuïc laø coù sunfua. Trong tröôøng hôïp ñoù, phaûi cho vaøo 100ml maãu thöû 10 gioït dung dòch keõm acetat 25%. Khi keát tuûa xuoáng, laáy phaàn nöôùc trong ñeå xaùc ñònh. III.2.2.7.5. Xaùc Ñònh Ñöôøng Chuaån Ammonium Bình 0 1 2 3 4 V N-NH4 chuaån 10ppm 0 0.4 0.6 0.8 1 V K-Na-Tactrat(ml) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 V Nessler(ml) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 V nöôùc caát(ml) 9.5 9.1 8.9 8.7 8.5 Noàng ñoä(C) 0 0.4 0.6 0.8 1 Böôùc soùng(A) 0 0.07 0.111 0.148 0.185 III.2.2.8. Xaùc Ñònh Haøm Löôïng Photphat-PO4 III.2.2.8.1. Nguyeân Taéc Photphat ñöôïc xaùc ñònh baèng hoãn hôïp hoùa chaát bao goàm H2SO4, (NH4)2M00, axít ascorbic, antimony potassium tartarte. Phöùc chaát phosphor molipdate taïo thaønh maøu vaøng ñöôïc khöû thaønh phöùc chaát maøu xanh do axít ascorbic. Antimony coi nhö laø moät xuùc taùc, coù theå xaùc ñònh ñeán 1.25 mg/l (töông ñöông 500 microgam PO –P/maãu), maøu oån ñònh trong 24 giôø. Ño ôû böôùc soùng 650 nm. III.2.2.8.2. Duïng Cuï - Hoùa Chaát Duïng Cuï Maùy do Spectrophotometer Cuvet 1-5 cm Filter photometer OÁng nghieäm Bình tia Hoùa Chaát H2SO4 2.5M Ñong 70 ml axít H2SO4 ññ baèng oáng ñong troän vôùi nöôùc caát trong bình ñònh möùc deán 500 ml. Anmoni Molipdate 4% Caân 2g (NH4)6Mo7024.4H20 cho vaøo bình ñònh möùc 50 ml roài theâm nöôùc caát ñeán vaïch, dung dòch naøy chuaån bò vaø söû duïng trong ngaøy, coù theå duøng trong 2-3 ngaøy neáu ñöôïc baûo quaûn trong tuû laïnh. Axít Ascobic 0.1 M/L Caân 1.37g axít Ascobic C6H806 vaø hoøa tan trong 100 ml nöôùc caát, baûo quaûn trong tuû laïnh duøng trong moät thaùng. Potassium antimony tartar 1 mg/l Caân 0.137g K(Sb0)C4H40 .0.5H20 hoøa tan trong 50 ml nöôùc caát. Baûo quaûn trong tuû laïnh vaø ñöïng trong chai maøu. Hoãn Hôïp Hoùa Chaát Chæ Thò Pha dung dòch chæ thò vôùi caùc hoùa chaát vöùa pha theo tyû leä sau: H2SO4 : 5 Amonium molipdate : 1.5 Ascobic acid : 3 Potassium antimony tartarat : 1 III.2.2.8.3. Caùch Tieán Haønh Laáy 8 ml maãu cho vaøo oáng nghieäm, theâm vaøo 2 ml chæ thò, xuaát hieän maøu xanh. Ñeâm ño ôû böôùc soùng 650 nm. Thay vaøo phöông trình ñöôøng chuaån seõ xaùch ñònh haøm löôïng P III.2.2.8.4. Xaùc Ñònh Ñöôøng Chuaån Phospho P chuaån 10 ppm 0 0.1 0.3 0.5 1 Chæ thò (ml) 2 2 2 2 2 Noàng ñoä 0 0.1 0.3 0.5 1 VH20 8 7.8 7.4 7 6 Böôùc soùng 0 0.033 0.125 0.212 0.420 III.2.2.9. Xaùc Ñònh Haøm Löôïng Saét Toång - Phöông Phaùp Traéc Quang Vôùi Thuoác Thöû 1.10 – phenaltroline III.2.2.9.1. Nguyeân Taéc Saét ñöôïc ñöa vaøo dung dòch, bò khöû tôùi Fe2 baèng caùch ñun soâi vôùi axít vaø hydroxylamine ôû pH 3.2-3.3, sau ñoù ñöôïc xöû lyù vôùi 1.10 – phenaltroline. Ba phaân töû cuûa phenaltroline lieân keát vôùi moãi nguyeân töû Fe2 ñeå taïo phöùc chaát maàu ñoû da cam. Dung dòch maàu naøy tuaân theo ñònh luaät Lamber Beer ôû pH töø 3 – 9. Ñeå phaûn öùng ñaït vaän toác toái ña neân ñieàu chænh pH töø 2.9 – 3.5 vaø duøng löôïng dö phenaltroline. Fe(OH)3 + 3H+ Fe3+ + H20 4Fe3+ + 2NH20H 4Fe2 + N20 + H20 + 4H+ III.2.2.9.2. Duïng cuï – Hoùa Chaát Duïng cuï Coác ñoát 50 ml (1 maãu/coác) Bình ñöïng möùc 50 ml Pipet caùc loaïi Quang phoå keá = 510 nm Beáp ñieän Hoùa chaát Acid clorhydric 6mol/l Pha loaõng 500 ml HCL, ñaäm ñaëc vôùi nöôùc caát tôùi 1000 ml Dung dòch hydroxylamine clorhydrat 10% Hoøa tan 10g Hydroxylamine hydrocloride NH20H.HCL trong 100 ml nöôùc caát. Dung dòch ñeäm acetate Hoøa tan 250g CH3COONH4 trong 150 ml nöôùc caát. Theâm 700 ml acid acetic ñaäm ñaëc Dung dòch phenaltroline Hoøa tan 100 mg 1.10 phenaltroline (C12H5N2H20 )trong 100 ml nöôùc caát, theâm 2 gioït HCL ñeå hoøa tan. Dung dòch saét goác (200 mg/l ) Ñong 20 ml H2SO4 ñaäm ñaëc ñöa tôùi 50 ml dung dòch trong bình ñònh möùc 100 ml. Caân 1.40 g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O theâm vaøo dung dòch vaø gioùt tôùi vaïch chuaån baèng nöôùc caát, baûo quaûn laïnh khoâng quaù 6 thaùng. III.2.2.9.3. Caùc Yeáu Toá AÛnh Höôûng Duøng chaát khöû maïnh nhö hydroxylamine hay SnCl4 ñeå ñöa Fe3+ veà Fe2+ NH2OH . HCL + Fe3+ Fe2+ + N2O + H2O + 4H+ Caùc yeáu toá aûnh höôûng laø nhöõng taùc nhaân oxy hoùa maïnh nhö cyanua, nitrit vaø poliphotphat, Cr , Zn gaáp 10 laàn Fe, Co ,Cu treân 5 mg/l, Bi, Cd, Hg vaø Ag taïo keát tuûa vôùi phenaltroline. Theâm 1 löôïng dö phenaltroline. Neáu trong maãu nöôùc coù chöùa 1 löôïng lôùn caùc chaát höõu cô vaø saét naèm ôû daïng phöùc beàn khoù tan thì ta phaûi huûy chuùng baèng hoãn hôïp acid nitric vaø acid sunfulnic nhöng caën coøn laïi sau khi sau khi coù hoøa tan baèng 1 ít HCL loaõng. III.2.2.9.4. Caùch Tieán Haønh Maãu xaùc ñònh: Laáy chính xaùc 9 ml maãu cho vaøo oáng nghieäm ñöôïc ñaùnh soá a, theâm 0.5 ml dung dòch ñeäm acetate pH = 5, cho vaøo 0.2 ml hydroxylamine hydrocloride (NH2OH.HCL). Cho tieáp 0.3 ml phenaltroline vaøo. Xaùc ñònh maãu traéng: Laáy chính xaùc 9 ml nöôùc caát cho vaøo oáng nghieäm ñöôïc ñaùnh soá b, theâm 0.5 ml dung dòch ñeäm acetate pH = 5, cho vaøo 0.2 ml hydroxylamine hydrocloride (NH2OH.HCL). Cho tieáp 0.3 ml phenaltroline vaøo. Sau ñoù ñeâm ño maàu baèng maùy quang phoå keá ôû böôùc soùng 510 nm III.2.2.9.5. Xaùc Ñònh Ñöôøng Chuaån Fe Fe chuaån 10 ppm 0 0.1 0.2 0.5 1 Ñeäm acetate pH =5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Hydroxylamine 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 Phenaltroline 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 VH20 0 8.9 8.8 8.5 8 Noàng ñoä 0 0.1 0.2 0.5 1 Böôùc soùng 0 0.016 0.039 0.098 0.191 CHÖÔNG IV. KEÁT QUAÛ THÖÏC NGHIEÄM VAØ BIEÄN LUAÄN IV.1. Keát Quaû Thöïc Nghieäm Giai ñoaïn 1: Baûng 8: Keát quaû thöïc nghieäm cuûa giai ñoaïn 1 Ngaøy Maãu COD (mg/l) H % N-NH4 (mg/l) H % P-PO4 (mg/l) H % N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l) Fe (mg/l) Ph 1 1 477 0 468 0 47,2 0 0.2 0.8 1.6 7.89 2 381 20,1 392 16,2 34,6 26,6 32.8 1.2 0.8 8.05 3 310 35,0 340 27,3 29,4 37,7 103.2 2.6 0.6 7.37 4 262 45,0 290 38,0 23,7 49,7 32.4 2.9 0.3 8.36 3 1 450 0 453 0 45,7 0 0.2 0.8 1.5 7.29 2 368 18,2 378 16,5 32,5 28,8 38.6 1.2 0.7 7.47 3 320 28,9 337 25,6 28,6 37,4 105.7 2.1 0.6 8.21 4 256 43,1 287 36,6 24,3 46,8 35.4 5.6 0.4 7.83 5 1 443 0 460 0 48,3 0 0.2 0.4 1.4 7.46 2 348 21,4 372 19,1 37,8 21,7 30.8 1.3 0.8 7.69 3 312 29,7 335 27,1 26,7 44,7 107.4 2.4 0.7 8.02 4 245 44,7 281 38,9 22,7 53,0 32.1 4.1 0.4 8.16 7 1 458 0 438 0 49,6 0 0.2 0.4 1.4 8.01 2 330 27,9 367 16,2 35,6 28,2 38.2 1.5 0.7 8.26 3 309 32,5 331 24,4 25 49,6 100.7 2.1 0.3 7.93 4 242 47,1 280 36,0 24,2 51,2 30.5 5.1 0.2 8.3 9 1 460 0 406 0 50,2 0 0.3 0.4 1.4 7.93 2 312 32,1 342 15,7 39,2 21,9 35.7 2.1 0.7 8.26 3 300 34,7 337 17,0 28,6 43,0 112.5 3.1 0.6 7.81 4 235 48,9 246 39,4 23,9 52,3 28.9 5.6 0.4 8.3 11 1 430 0 402 0 50,3 0 0.2 0.9 1.5 7.7 2 310 27,9 348 13,4 40,6 19,2 27.4 2.1 0.7 8.07 3 300 30,2 330 17,9 35,1 30,2 98.7 3.5 0.7 7.87 4 230 46,5 271 32,5 27,6 45,1 32.1 3.5 0.6 7.91 13 1 423 0 417 0 47,6 0 0.2 0.9 1.2 8.07 2 305 27,9 365 12,4 34,7 27,1 23.8 1.2 0.9 8.18 3 297 29,7 327 21,5 22,3 53,1 97.6 2.4 0.5 8.34 4 224 47,0 274 34,2 20,6 56,7 26.5 4.1 0.2 7.96 15 1 405 0 405 0 42,3 0 0.2 1.0 1.0 8.07 2 300 25,9 352 13,0 35,7 15,6 26.8 2.1 0.9 8.14 3 290 28,4 331 18,2 24,8 41,3 97.6 3.1 0.7 7.95 4 220 45,6 262 35,3 20,9 50,5 24.7 4.1 0.3 7.98 17 1 431 0 398 0 45 0 0.3 1.0 1.2 7.44 2 302 29,9 356 10,5 39,6 12,0 32.1 2.8 0.7 7.92 3 290 32,7 325 18,3 25,2 44,0 102.7 4.6 0.3 8.02 4 220 48,9 261 34,4 21,8 51,5 28.1 7.1 0.5 8.01 19 1 400 0 402 0 47,5 0 0.2 1.0 1.0 7.59 2 298 25,5 360 10,4 35,8 24,6 37.1 2.1 0.8 7.92 3 287 28,2 329 18,1 21,9 53,8 106.8 3.0 0.7 8.01 4 220 45,0 262 34,8 20,6 56,6 27.3 5.1 0.2 8.12 21 1 397 0 421 0 52,1 0 0.3 0.9 0.9 7.83 2 290 26,9 362 14,0 32,6 37,4 38.6 3.2 0.6 7.96 3 289 27,2 330 21,6 27,4 47,4 97.5 3.4 0.6 8.05 4 210 47,1 251 40,3 22,5 56,8 23.4 4.1 0.5 8.17 23 1 390 0 400 0 49,8 0 0.2 0.9 0.8 7.79 2 286 26,6 357 10,7 36,8 26,1 30.7 2.1 0.6 7.82 3 280 28,2 324 19,0 25,6 48,5 90.6 4.1 0.3 8.03 4 205 47,4 230 42,5 20,7 58,4 23.5 5.0 0.2 8.13 25 1 398 0 398 0 47,2 0 0.2 0.8 0.9 7.98 2 285 28,3 354 11,0 42,1 10,8 27.4 2.9 0.7 7.95 3 277 30,4 324 18,5 35 25,8 90.6 3.0 0.5 8.02 4 204 48,7 220 44,7 20,6 56,3 21.3 4.0 0.3 8.14 27 1 389 0 387 0 48,3 0 0.2 1.0 0.7 7.86 2 282 27,5 348 10,0 32,8 32,0 23.7 2.1 0.6 7.92 3 278 28,5 328 15,2 30,6 36,6 109.2 3.8 0.3 8.05 4 204 47,5 225 41,8 20,2 58,1 20.1 5.0 0.2 8.12 29 1 392 0 392 0 47,8 0 0.1 1.1 0.8 7.77 2 286 27,0 352 10,2 34,1 28,6 23.5 2.1 0.7 8.16 3 275 29,8 322 17,8 28,6 40,1 89.7 3.6 0.6 7.96 4 202 48,4 218 44,3 19,4 59,4 20.7 5.1 0.3 8.26 31 1 390 0 390 0 48,7 0 0.1 1.0 0.9 7.92 2 280 28,2 348 10,7 32,1 34,0 21.6 3.1 0.7 8.02 3 271 30,5 314 19,4 24,3 50,1 97.5 4.9 0.5 8.12 4 200 48,7 210 46,1 18,6 61,8 19.2 7.3 0.4 8.23 Giai ñoaïn 2: Baûng 9: Keát quaû thöïc nghieäm cuûa giai ñoaïn 2 Ngaøy Maãu COD (mg/l) H % N-NH4 (mg/l) H % P-PO4 (mg/l) H % N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l) Fe (mg/l) Ph 1 1 390 0 354 0 35,6 0 0,2 1,6 0,7 8,33 2 298 23,5 219 38,1 25,1 29,4 33,5 3,0 0,6 8,25 3 220 43,9 145 59,0 21,6 39,3 68,9 4,7 0,3 7,89 4 189 51,5 135 61,8 16,7 53,0 16,7 7,9 0,3 8,1 3 1 392 0 356 0 37,1 0 0,2 0,9 0,7 8,02 2 287 26,7 217 39,0 23,5 36,6 30,6 3,6 0,4 8,34 3 223 43,1 140 60,6 20,1 45,8 65,7 5,2 0,4 7,9 4 172 56,1 137 61,5 16,8 54,7 17,3 6,8 0,1 8,3 5 1 387 0 340 0 34,2 0 0,2 0,7 0,7 7,91 2 285 26,3 224 34,1 24,7 27,7 32,6 2,9 0,4 8,06 3 220 43,1 137 59,7 19,3 43,5 60,7 4,3 0,2 8,06 4 159 58,9 123 63,8 15,8 53,8 14,3 5,8 0,1 8,29 7 1 397 0 362 0 36,2 0 0,3 0,8 0,6 7,8 2 282 28,9 223 38,4 20,5 43,3 31,7 3,6 0,4 7,79 3 224 43,5 138 61,8 18,4 49,1 59,4 5 0,2 7,74 4 176 55,6 120 66,8 17,6 51,3 14,8 6,8 0,1 8,29 9 1 386 0 354 0 40,8 0 0,2 0,8 0,6 7,84 2 283 26,6 260 26,5 22,5 44,8 37,6 2,6 0,4 7,77 3 210 45,6 176 50,2 18,7 54,1 52,4 5,4 0,3 7,9 4 169 56,2 112 68,3 16,5 59,5 14,9 7,8 0,1 8,22 11 1 392 0 361 0 39,1 0 0,2 0,8 0,6 7,83 2 279 28,8 257 28,8 20,6 47,3 30,2 3,6 0,4 8,09 3 214 45,4 183 49,3 19,2 50,9 53,8 5,6 0,2 7,89 4 162 58,6 114 68,4 15,3 60,8 14,2 7,2 0,1 7,72 13 1 397 0 329 0 34,2 0 0,2 0,9 0,6 8,09 2 274 30,9 263 20,0 21,3 37,7 29,7 3,8 0,4 8,23 3 216 45,5 179 45,5 15,4 54,9 49,5 5,7 0,2 8,14 4 172 56,6 112 65,9 13,7 59,9 13,6 7,3 0,1 7,84 15 1 389 0 350 0 39,7 0 0,2 0,7 0,6 7,88 2 269 30,8 270 22,8 22,8 42,5 26,1 4,1 0,4 8,11 3 213 45,2 168 52,0 16,1 59,4 47,9 6,2 0,2 8,04 4 150 61,4 110 68,5 14,8 62,7 13,8 7,9 0,1 7,86 17 1 392 0 349 0 36,2 0 0,2 0,8 0,8 7,38 2 274 30,1 228 34,6 23,6 34,8 30,8 3,7 0,5 8,04 3 202 48,4 166 52,4 17,2 52,4 49,4 5,6 0,3 7,64 4 143 63,5 106 69,6 14,3 60,5 12,5 9,1 0,1 8,1 19 1 388 0 342 0 38,4 0 0,1 0,9 0,8 7,29 2 271 30,1 223 34,8 21,8 43,2 27,6 3,9 0,5 8,08 3 204 47,4 160 53,2 15,6 59,3 43,7 6,1 0,3 8,1 4 137 64,6 108 68,4 12,9 66,4 13,2 9,8 0,2 8,25 21 1 376 0 357 0 38,9 0 0,2 0,7 0,7 7,4 2 272 27,6 222 37,8 19,3 50,3 26,5 3,8 0,5 7,89 3 201 46,5 158 55,7 17,6 54,7 44,8 6,4 0,3 8,1 4 135 64,1 102 71,4 14,8 61,9 12,6 9,7 0,1 8,18 23 1 392 0 349 0 37,8 0 0,3 0,9 0,7 7,98 2 273 30,3 216 38,1 18,9 50,0 25,6 4,1 0,5 8,1 3 200 48,9 149 57,3 16,5 56,3 43,1 6,5 0,2 8,3 4 130 66,8 97 72,2 11,8 68,7 12,1 9,8 0,2 8,03 25 1 386 0 360 0 35,6 0 0,2 0,7 0,8 8,0 2 261 32,3 255 29,1 20,7 41,8 27,6 3,5 0,6 8,4 3 200 48,1 109 69,7 15,9 55,3 45,3 4,6 0,3 8,1 4 126 67,3 92 74,4 12,2 65,7 10,2 9,1 0,1 8,17 27 1 392 0 339 0 32,8 0 0,2 1 0,8 7,84 2 263 32,9 245 27,7 19,7 39,9 26,3 4,7 0,5 8,93 3 202 48,4 108 68,1 14,2 56,7 43,6 6,3 0,2 8,15 4 131 66,5 92 72,8 12 63,4 10,8 10,2 0,1 8,21 29 1 387 0 354 0 39,7 0 0,2 0,9 0,7 7,95 2 259 33,0 242 31,6 18,1 54,4 26,1 4,1 0,6 8,24 3 197 49,1 112 68,3 13,6 65,7 41,9 6,5 0,3 8,17 4 130 66,4 87 75,4 11,5 71,0 10,2 9,7 0,2 8,22 31 1 390 0 359 0 40,1 0 0,2 0,8 0,7 7,9 2 256 34,3 232 35,3 17,6 56,1 23,4 4,1 0,5 8,19 3 194 50,2 103 71,3 12,1 69,8 40,8 6,8 0,2 8,13 4 127 67,4 72 79,9 10,8 73,0 11,3 10,2 0,1 8,22 Giai ñoaïn 3: Baûng 10: Keát quaû thöïc nghieäm cuûa giai ñoaïn 3 Ngaøy Maãu COD (mg/l) H % N-NH4 (mg/l) H % P-PO4 (mg/l) H % N-NO2 (mg/l) N-NO3 (mg/l) Fe (mg/l) Ph 1 1 320 0 292 0 31,5 0 0,2 1,4 0,6 7,7 2 249 22,1 169 42,1 18,8 40,3 68,9 1,2 0,5 7,97 3 193 39,6 98 66,4 17,1 45,5 33,3 3,4 0,3 7,88 4 127 60,3 43 85,2 16,2 48,5 16,6 5,1 0,2 7,72 3 1 318 0 286 0 32,0 0 0,2 1,3 0,6 7,85 2 245 22,9 152 46,8 19,2 39,8 65,1 3,2 0,5 8,14 3 196 38,3 101 64,6 16,1 49,4 35,1 5,8 0,3 8,0 4 128 59,7 47 83,5 15,9 50,2 17,1 8,6 0,2 7,75 5 1 321 0 299 0 30,7 0 0,3 1,4 0,5 7,92 2 234 27,1 161 46,1 19,2 37,3 60,8 3,2 0,5 8,09 3 190 40,8 94 68,5 17,6 42,4 37,1 6,4 0,3 8,0 4 125 61,0 45 84,9 15,1 50,7 18,2 9,7 0,2 8,06 7 1 324 0 290 0 29,1 0 0,2 2,4 0,5 7,88 2 238 26,5 158 45,5 18,6 35,9 58,1 3,9 0,5 8,13 3 189 41,6 87 70,0 16,0 44,9 32,1 8,0 0,3 8,05 4 123 62,0 32 88,9 13,8 52,6 15,2 12,0 0,2 8,14 9 1 318 0 294 0 29,0 0 0,2 1,3 0,5 7,87 2 234 26,4 153 47,9 18,4 36,6 52,7 2,9 0,3 8,08 3 184 42,1 86 70,7 15,2 47,5 30,1 7,1 0,2 7,98 4 120 62,2 29 90,1 12,9 55,3 14,1 14,1 0,2 8,09 11 1 320 0 287 0 29,5 0 0,2 1,4 0,4 7,83 2 230 28,1 147 48,7 19,6 33,4 53,3 5,1 0,2 8,06 3 186 41,8 89 68,9 14,9 49,5 28,9 7,2 0,2 7,92 4 121 62,1 31 89,2 13,1 55,6 13,7 12,4 0,2 8,04 13 1 332 0 296 0 32,8 0 0,2 1,9 0,4 7,97 2 223 32,8 143 51,6 18,1 44,6 50,1 6,3 0,3 7,67 3 182 45,1 80 72,9 14,2 56,7 27,1 9,0 0,2 7,53 4 121 63,5 29 90,2 14,0 57,2 13,4 13,0 0,1 8,02 15 1 330 0 280 0 30,6 0 0,3 2,0 0,4 7,96 2 224 32,1 139 50,3 17,9 41,4 49,1 5,4 0,3 8,09 3 176 46,6 75 73,2 14,0 54,2 25,7 11,9 0,2 7,98 4 120 63,6 24 91,4 12,8 58,1 13,6 14,1 0,2 8,04 17 1 300 0 298 0 28,0 0 0,2 1,6 0,4 7,83 2 220 26,6 142 52,3 17,6 36,8 47,6 4,4 0,3 8,07 3 168 44 73 75,5 14,2 49,2 25,1 10,4 0,2 7,77 4 112 62,6 22 92,6 12,0 56,9 13,1 14,1 0,1 8,09 19 1 290 0 292 0 30,2 0 0,2 2,3 0,4 8,03 2 218 24,8 145 50,3 18,9 37,3 48,9 5,1 0,2 8,19 3 163 43,7 68 76,7 13,2 56,1 27,9 10,6 0,2 8,02 4 109 62,4 18 93,8 13,0 57,0 14,1 14,2 0,2 8,21 21 1 306 0 287 0 29,0 0 0,2 1,9 0,4 7,95 2 214 30,0 137 52,2 17,9 38,4 47,2 4,1 0,2 8,12 3 158 48,3 69 75,9 15,0 48,3 23,2 11,2 0,2 8,03 4 112 63,4 22 92,3 12,2 57,8 13,1 12,4 0,1 8,2 23 1 298 0 292 0 30,4 0 0,2 2,4 0,4 7,86 2 212 28,8 132 54,7 17,1 43,6 45,5 5,3 0,2 7,98 3 154 48,3 70 76,0 13,2 56,3 20,1 12,6 0,2 7,8 4 110 63,0 21 92,8 12,7 57,9 14,2 14,23 0,1 8,06 25 1 300 0 280 0 28,1 0 0,2 1,7 0,3 7,92 2 210 30,0 136 51,4 17,0 39,5 30,4 5,2 0,3 8,02 3 148 50,6 68 75,7 15,3 45,4 28,6 12,9 0,2 8,05 4 102 66,0 16 94,2 11,1 60,2 14,1 15,3 0,1 8,0 27 1 294 0 286 0 28,7 0 0,2 2,6 0,3 8,04 2 212 27,8 131 54,2 16,2 43,5 29,9 7,0 0,3 7,8 3 136 53,7 67 76,5 14,1 50,9 25,1 10,9 0,2 7,92 4 100 65,9 18 93,7 10,1 64,5 13,2 14,0 0,1 8,08 29 1 298 0 278 0 30,0 0 0,3 1,3 0,3 7,94 2 208 30,2 132 52,5 15,6 48,0 27,9 4,05 0,2 8,02 3 123 58,7 68 75,5 12,1 59,7 23,3 12,3 0,1 8,0 4 98 67,1 17 93,8 10,2 65,9 11,4 15,6 0,1 8,12 31 1 290 0 282 0 30,8 0 0,2 2,4 0,3 7,92 2 204 29,6 129 54,2 14,2 53,8 25,7 7,8 0,2 7,96 3 118 59,3 54 80,8 12,8 58,3 20,6 12,0 0,2 8,02 4 87 70,0 14 95,0 10,3 66,4 10,4 16,8 0,1 8,0 IV.2. Bieän luaän Giai ñoaïn 1 STT Chæ tieâu Ñaàu vaøo (giaù trò trung bình) (mg/l) Ñaàu ra (giaù trò trung bình) (mg/l) Hieäu suaát (H%) 1 COD 435 205 52.87 2 N-NH4 430 218 49.30 3 P-PO4 45.0 22.1 50.88 4 N-NO2 0.2 26.5 58.49 5 N-NO3 0.9 4.0 - 6 Fe 1.2 0.3 - Baûng 11: Caùc thoâng soá oâ nhieãn cuûa giai ñoaïn 1 Bieåu ñoà 1: Haøm löôïng COD cuûa giai ñoaïn 1 Bieàu ñoà 2: Noàng ñoä N-NH4 cuûa giai ñoaïn 1 Nhaän xeùt: Töø bieåu ñoà: 1, 2 treân ta thaáy hieäu suaát khöû COD vaø N-NH4 chöa cao. Vì vi khuaån trong buøn coøn ít vaø chöa thích nghi vôùi caùc ñieàu kieän (to , pH, löôïng oxy hoaø tan …) neân löôïng vi sinh vaät naøy bò cheát. Do vaäy caàn phaûi boå sung theâm buøn vaø vi sinh Giai ñoaïn 2: STT Chæ tieâu Ñaàu vaøo (giaù trò trung bình) (mg/l) Ñaàu ra (giaù trò trung bình) (mg/l) Hieäu suaát (H%) 1 COD 390 158 59.48 2 N-NH4 356 103 71.06 3 P-PO4 37.8 13.7 63.67 4 N-NO2 0.2 13.9 63.12 5 N-NO3 1.2 9.0 - 6 Fe 0.7 0.1 - Baûng 12: Caùc thoâng soá oâ nhieãn cuûa giai ñoaïn 2 Bieåu ñoà 3: Haøm löôïng COD cuûa giai ñoaïn 2 Bieåu ñoà 4: Noàng ñoä N-NH4 cuûa giai ñoaïn 2 Nhaäx xeùt : Buøn vi sinh theâm vaøo ñaõ phaùt huy taùc duïng caùc chæ tieâu (COD,N-NH4, N-NO2 N-NO3, P-PO4 , Fe) ñeàu giaûm so vôùi noàng ñoä ban ñaàu. Sau moät thôøi gian hoaït ñoäng (3 thaùng) ta thaáy treân beà maët giaù theå xuaát hieän moät lôùp maøng nhaày maàu naâu. Caïo lôùp vi sinh naøy vaø ñem quan saùt treân kính hieån vi thì thaáy chuùng chính vaø moät trong nhöõng chi cuûa vi khuaån Nitrosomonas vaø moät soá ít thuoäc chi Nitrobacteria. Noàng ñoä N-NO3 sinh ra raát thaáp do quaù trình anammox ñaõ chuyeån N-NH4, N-NO2 thaønh N2 vaø 1 phaàn N-NO3 cuõng bò denitrat hoaù thaønh N2 Giai ñoaïn 3: STT Chæ tieâu Ñaàu vaøo (giaù trò trung bình) (mg/l) Ñaàu ra (giaù trò trung bình) (mg/l) Hieäu suaát (H%) 1 COD 305 107 64.91 2 N-NH4 287 28.5 90.06 3 P-PO4 30.7 10.3 66.42 4 N-NO2 0.2 13.5 68.25 5 N-NO3 1.9 10.9 - 6 Fe 0.4 0.1 - Baûng 13: Caùc thoâng soá oâ nhieãn cuûa giai ñoaïn 3 Bieåu ñoà 5: Haøm löôïng COD cuûa giai ñoaïn 3 Bieåu ñoà 6: Noàng ñoä N-NH4 cuûa giai ñoaïn 3 Nhaän xeùt: Vi sinh vaät anammox coù khaû naêng oxy hoaù N-NH4 raát toát. Giaù theå (toân xi maêng) toû ra phaùt huy khaù toát vai troø cuûa mình. Chuùng taïo treân beà maët nhöõng lôùp maøng vi sinh, vaø ñieàu ñoù ñaõ taïo ñieàu kieän cho vi sinh baùm vaøo. Sau moät thôøi gian hoaït ñoäng (3 thaùng) ta thaáy treân beà maët giaù theå xuaát hieän moät lôùp maøng nhaày maàu naâu ñoû. Caïo lôùp vi sinh naøy vaø ñem quan saùt treân kính hieån vi thì thaáy chuùng chính vaø moät trong nhöõng chi cuûa vi khuaån anammox. Trong quaù trình laøm giaøu anammox trong buøn, treân beà maët nöôùc thaáy luùc naøo cuõng xuaát hieän raát nhieàu boït khí chöùng toû ñaõ coù khí sinh ra trong quaù trình oxy hoaù kò khí ammonium cuûa anammox Töø bieåu ñoà: 5, 6 ta thaáy hieäu suaát khöû COD taêng ñaùng keå vaø ñaït ñeán 68 % vaø hieäu suaát oxy hoaù ammonium khaù cao ñeán 94 %. Quaù trình Nitrification vaø Anammox toû ra coù hieäu quaû ñoái vôùi xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi. Tuy nhieân vi khuaån phaân boá khoâng ñeàu trong beå phaûn öùng neân khaû naêng phaân huyû coøn haïn cheá. Bieåu ñoà 7: Haøm löôïng COD vaøo cuûa 3 giai ñoaïn Bieåu ñoà 8: Haøm löôïng COD ra cuûa 3 giai ñoaïn HAØM LÖÔÏNG COD VAØO CUÛA 3 GIAI ÑOAÏN 0 100 200 300 400 500 1 2 3 GIAI ÑOAÏN NOÀNG ÑOÄ TUAÀN 1 TUAÀN 2 TUAÀN 3 TUAÀN 4 HAØM LÖÔÏNG COD RA CUÛA 3 GIAI ÑOAÏN 0 50 100 150 200 250 300 1 2 3 GIAI ÑOAÏN NOÀNG ÑOÄ TUAÀN 1 TUAÀN 2 TUAÀN 3 TUAÀN 4 Bieåu ñoà 9: Haøm löôïng N-NH4 vaøo cuûa 3 giai ñoaïn Bieàu ñoà 10: Haøm löôïng N-NH4 ra cuûa 3 giai ñoaïn Bieåu ñoà 11: Hieäu suaát N-NO2 cuûa 3 giai ñoaïn Bieåu ñoà 12: Hieäu suaát P-PO4 cuûa 3 giai ñoaïn  Bieåu ñoà 13: Hieäu suaát COD cuûa 3 giai ñoaïn Bieåu ñoà 14: Hieäu suaát N-NH4 cuûa 3 giai ñoaïn Töø caùc bieåu ñoà: 7 – 14 , ta thaáy hieäu suaát xöû lyù caùc chæ tieâu oâ nhieãm ôû giai ñoaïn 3 laø cao hôn caû. Nhö vaäy vieäc aùp duïng giaù theå trong vieäc xöû lyù nöôùc thaûi khaù hieäu quaû. Ñieàu ñoù chöùng toû quaù trình Nitrification vaø Anammox coù hieäu quaû trong vieäc khöû caùc chæ tieâu oâ nhieãm trong nöôùc thaûi giaàu ammonium noùi chung vaø nöôùc thaûi chaên nuoâi heo noùi rieâng. Töø nghieân cöùu naøy seõ taïo ñieàu kieän cho vieäc ñeà xuaát caùc coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Döôùi ñaây laø moät soá ñeà xuaát daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù ammonium noùi rieâng vaø nöôùc thaûi giaøu hôïp chaát höõu cô noùi chung. IV.3. Ñeà Xuaát Daây Chuyeàn Coâng Ngheä Xöû Lyù Nöôùc Thaûi Chaên Nuoâi Heo. Phöông aùn 1: Xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo baèng phöông phaùp sinh hoïc keát hôïp vôùi hoà thuyû sinh. Caùc thoâng soá ñaàu vaøo: Soá heo : >2000 con COD : 3500 mg/l BOD5 : 1950 mg/l NH4+ : 865 mg/l SS : 1248 mg/l Sô ñoà coâng ngheä: Beå thu gom Beå kî khí Nöôùc thaûi Beå hieáu khí Beå laéng Nguoàn tieáp nhaän Hoà thuyû sinh Sô ñoà 1: Sô ñoà daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi phöông aùn 1 Moâ taû quy trình xöû lyù: Nöôùc thaûi ñöôïc bôm töø beå taäp trung vaøo beå kî khí. Trong beå naøy quaù trình methane hoaù xaåy ra song song vôùi quaù trình khöû COD vaø BOD. Nöôùc thaûi sau khi qua xöû lyù trong beå kî khí ñöôïc ñöa qua beå hieáu khí. Trong beå naøy caùc vi sinh vaät hieáu khí phaùt trieån, xöû lyù ñaùng keå haøm löôïng ammonium, COD vaø BOD. Sau ñoù nöôùc thaûi laïi tieáp tuïc ñöa qua hoà thuyû sinh vaät. Hieäu quaû xöû lyù trong hoà thuyû sinh vaät laø khaù cao. Nöôùc thaûi sau khi qua hoà thuyû sinh ñaït tieâu chuaån xaû thaûi ra nguoàn tieáp nhaän. Phöông aùn 2: Xöû lyù nöôùc thaûi chaên nuoâi heo baèng coâng ngheä sinh hoïc kî khí keát hôïp hoà thöïc vaät thuyû sinh. Caùc thoâng soá ñaàu vaøo: Soá heo : >5.000 con COD : 5250 mg/l BOD5 : 2480 mg/l NH4+ : 952 mg/l SS : 2248 mg/l Sô ñoà daây chuyeàn coâng ngheä: Haàm thu gom Beå laéng Khí metan Hoà thöïc vaät Löôùi loïc phaân Khí sinh hoïc Tuùi PE kî khí Haàm kî khí 2 ngaên (coù naép composit) Coät loïc khoâ Thaùp loïc kî khí Coät loïc öôùt Nöôùc thaûi vaøo Nguoàn tieáp nhaän Ñöôøng oáng daãn khí Ñöôøng oáng daãn nöôùc thaûi Sô ñoà 2: Sô ñoà daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi phöông aùn 2 Moâ taû quy trình xöû lyù: Nöôùc thaûi ñöôïc taäp trung vaøo beå taäp trung sau ñöôïc ñöa qua tuùi nhöïa PE vaø haàm uû kî khí. Taïi ñaây quaù trình methane hoaù xaåy ra song song vôùi quaù trình khöû COD vaø BOD. Nöôùc thaûi sau khi qua beå kî khí ñöôïc tieáp tuïc ñöa qua beå laéng. Taïi ñaây moät phaàn caën seõ ñöôïc giöõ laïi. Nöôùc thaûi tieáp tuïc ñi qua thaùp loïc kî khí vôùi caùc giaù theå laø caùc haït mose. Löôïng caën coøn laïi trong nöôùc thaûi seõ ñöôïc giöõ laïi haàu heát trong thaùp loïc naøy. Sau ñoù nöôùc thaûi laïi tieáp tuïc ñöôïc ñöa qua hoà thuyû sinh vaät vôùi caùc loaøi thuyû sinh vaät nhö : luïc bình, rong ñuoâi choù, sen, rau muoáng. Hieäu quaû xöû lyù trong hoà thuyû sinh vaät laø khaù cao, nöôùc thaûi sau khi qua hoà thuyû sinh ñaït tieâu chuaån xa thaûi ra nguoàn tieáp nhaän. CHÖÔNG V. KEÁT LUAÄN – KIEÁN NGHÒ V.1. Keát Luaän Thí nghieäm ñaõ chöùng minh khaû naêng oxy hoaù ammonium cuûa chuûng vi khuaån nitrate hoaù vaø anammox trong töøng ñieàu kieän moâi tröôøng cuï theå. Trong quaù trình thí nghieäm ôû caùc ñieàu kieän khaùc nhau coù raát ít khí nitô ñöôïc sinh ra do quaù trình chuyeån hoaù nitrite thaønh nitrate nhieàu hôn. Thí nghieäm ñaõ chöùng minh söï hieän dieän cuûa chuûng vi khuaån nitrate hoaù vaø nhoùm vi khuaån kî khí anammox. Xaùc ñònh ñöôïc hieäu quaû xöû lyù noàng ñoä ammonium vaø nitrite treân moâi tröôøng nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Töø ñoù ñeà xuaát caùc coâng ngheä xöû lyù khaùc coù hieâu quaû cao hôn. V.2.Kieán Nghò Tuy nhieân, vì thôøi gian coù haïn neân quaù trình nghieân cöùu chæ nghieân cöùu ñoái vôùi moâi tröôøng nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Vì vaäy caàn phaûi nghieân cöùu thöïc nghieäm treân nhieàu moâi tröôøng khaùc nhau nhö: nöôùc thaûi cao su, nöôùc thaûi thuyû saûn, nöôùc thaûi töø baõi raùc … ñeå töø ñoù tìm ra caùc ñieàu kieän toái öu nhaát cho chuûng loaïi vi sinh anammox vaø chuûng vi sinh nitrate hoaù phaùt trieån toát. ._.