Luận văn thạc sĩ Khoa học Môi trường: Nghiên cứu quá trình tích hợp vi khuẩn Nitrat hóa trên vật liệu mang để chuyển hóa amoni trong nước ngầm tại xã Tân Lập, huyện Đan Phượng, Hà Nội

LỜI CAM DOAN Tên ôi là Vũ Lê Minh“Nghiên cứu quá trình tích hợp vi khuẩn nitrat hóa trên vật liệu mang dé chuyén "hóa amoni trong nước ngầm tại xã Tân Lập, Dan Phượng, Hà Nội” Đây là luậ

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Tăng Thị Chính,

Trưởng phòng Vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa hoc và Công nghệ Việt Nam; PGS TS Vũ Đức Toàn, Khoa Môi trường,

Trường Đại học Thủy Lợi đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện

luận văn và hoàn thành luận văn.

Em xin chân thành cảm ơn tới các đồng nghiệp hiện đang công tác tại Phòng

Vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa hoc va

Công nghệ Việt Nam; đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực hiện luận văn của mình.

Em xin chân thành cảm ơn tới các giảng viên Khoa Môi trường, Trường Đại

học Thủy Lợi đã giảng dạy trong suốt quá trình học tập tại đây.

Em cũng xin cảm on gia đình, tập thé lớp 21IKHMT21 đã động viên, khuyến

khích, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện luận văn.

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô dé khóa luận hoàn thiện

hơn.

Em xin chân thành cảm on!

Hà Nội ngày tháng năm 2015

Học viên

Vũ Lê Minh

LỜI CAM DOAN Tên ôi là Vũ Lê Minh

“Nghiên cứu quá trình tích hợp vi khuẩn nitrat hóa trên vật liệu mang dé chuyén

"hóa amoni trong nước ngầm tại xã Tân Lập, Dan Phượng, Hà Nội”

Đây là luận văn nghiên cứu mới, không trùng lặp với các luận văn nảo trước

day, do đó không có sự sao chép của bắt kì luận văn nào khác Nội dung của luận

văn được thể hiện theo đúng quy định; các tà lu, triệu nghiên cứu sử dụng trong

luận văn đều được trích dẫn nguồn

Nếu xảy ra vẫn đề gì với nội dung của luận văn này, ti xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định.

NGUỜI VIET CAM DOAN

Vũ Lê Minh

1 Tính cấp thiết của Luận văn

2 Mye dich của Luận văn

3 tượng và phạm vi nghiê

4 Phương pháp nghiên cứu

5 Kết quá đạt được

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CUU

TL, Nguồn g nhiễm amoni trong nước ngằm.

1.1.1 Sự tổn tại của các hợp chất nite trong tự nhiên

112 Ngủ

113.Ô nhị

ô nhiễm.

FS

amoni trong nước ngằm

1.2 Hiện trạng 6 nhiễm amoni trong nước ngim tại Việt Nam,

1.3 Khái quát một số phương pháp xử lý amoni trong mu

1.3.1 Phương phip Clo hoá.

1.3.2 Phương pháp kiểm hóa và làm thoáng

1.3.3 Phương pháp ozon hoá với xúc ác brom

1.3.4 Phương pháp trao đổi ion

1.3.5 Phương pháp sinh học

1.4 Tình hình ni

1.5 Cơ chế của phương pháp xử lý amoni sử dụng vi khuẩn nitrat hóa.

1.5.1, Vi khuẩn niưat hóa

cứu xử lý amoni ở Việt Nam.

Trang

RRO

10

4 15 15

1.52 Đặc điểm phân bổ của vi khuẩn niưat hóa 15

1.5.3 Đặc điểm sinh lý của vi khuẩn nitrat hóa 16 1.5.4 Quá trình nitrat hóa 16

1.5.5 Các yếu tổ anh hưởng đến quá trình nitrat hóa 19

1.5.6 Khả năng bam dính 2l 1.6 Đặc điểm khu vực nghiên cứu au

'CHƯƠNG 2, VAT LIEU VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU, 25

2.1 Vật liệu nghiên cứu 25 2.1.1 Vi khuẩn nitrat hóa, 25 2.1.2 Nước ngầm 25 2.1.3 Vật liệu mang, 25

2.2 Phương pháp nghiên cứu 29

2.2.1 Phương pháp lầy mẫu 29222.2 Khảo sắt các yến tổ ảnh hướng đến sự sinh trường và phát triển của vỉ

khuẩn nitrat hóa 29 2.2.3, Tôi uu hóa theo phương pháp bé mặt đáp ứng (RSM) 30

2.2.4 Tích hợp vi khuẩn lên chất mang 3

2.25, Thử nghiệm xử lý nước ngằm trong phòng thí nghiệm 2 2.26 Phương pháp vi sinh 2 2.2.7 Phương pháp phân tích một số chi tiêu trong nước 33

'CHƯƠNG 3 KET QUA VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Tuyển chọn vi khuẩn niưat hóa 38 3.2 Khảo sat các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của chủng vi khuẩn nitrat hóa 44 3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 45 3.2.2 Anh hưởng của pH 46

3.2.3, Ảnh hưởng của nồng độ nguồn cacbon vô cơ 48

3.3 Tối ưu hóa các yếu tổ bằng phương pháp bề mặt đáp ứng 49

3.3.1 Chon miỀn khảo sắt.

3.3.2 Thiết lập mô hình

3.4 Tích hợp vi khuẩn nitrat hóa lên vật liệu mang.

3.5 Thứ nghiệm vật liệu mang tích hợp vi khuẩn nitrat hóa trong xử lý nước.

ngầm.

3.5.1, Kết qua phân tích mẫu nước ngằm tại khu vực nghiên cứu.

3.5.2 Đánh giá khả năng xử lý nước ngằm của vật liệu mang

KET LUẬN - KIÊN NGHỊ

DANH MUC BANG

Trang Bang 1.1 So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý amoni trong môi trường nước,

Bang L2 Ham lượng amoni sau xử lý tại một số nhà máy cấp nước ở Hà Nội

Bang 2.1 Bảng bố trí thí nghiệm theo thiết kế Box - Behnken

Bảng 2.2, Hóa chit lập đường chuẩn xác định amoni theo phương pháp Nessler

Bang 2.3 Day dung dịch đường chuẩn xác định nồng độ nitet

Bảng 2.4, Day dung dich đường chuẩn xác định

nhị

18 độ niratBing 3.1 Giá tị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tổ thục nghiệm mật độ vỉ

khuẩn niưat hóa.

Bảng 32 Bang kết quả ối tu quy hoạch thực nghiệm nuôi cấy ching vi khuẩn

niưat hóa

Bảng 33, Kết quả phân tich ANOVA tối ưu quá trình tổng hợp các yếu tổ

Bảng 3.4 Mật độ vi khuẩn nitrat hóa trong dịch và trên vật liệu mang

Bảng 3.5 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của hai mẫu nước ngằm

12 2 31

5

DANH MỤC HÌNH VE VÀ ĐỎ THỊ

Hình 1.1 Quá tình chuyên hoá của các hợp chất nite trong nước

Hình 1.2 Chu trình Nite trong tự nhiệ

Hình 1.3 Hai giai đoạn của quá trình nitrat hóa.

Hình 1.4 Con đường vận chuyển điện tử ở Nitrosomonas.

Hinh 1.5 Con đường vận chuyển điện tir ở Nitrobacter

Hình 1.6 Bản đỗ khu vực nại

Hình 2.1 Vật liệu mang DHY

Hình 2.2 Đường chuẩn xác định ham lượng amoni

Hình 2.3 Đường chuẳn xác định hàm lượng niuit

Hình 2.4 Đường chun xác định hàm lượng nitat

Hình 3.1 Phân lập vì khuẩn nhóm Nitrosomonas sp

Hình 3.2 Nhuộm gram âm vi khuẩn nhóm Nitrosobacter sp.

Hình 3.3 Khả năng chuyển hóa amoni của chủng NS1

Hình 3.4 Hiệu suất chuyển hóa amoni của chủng NS1

Hình 35 Khả năng chuyển hóa amoni của chủng NS2

Hình 36 Hiệu suất chuyển hóa amoni của chủng NS2.

Hình 3/7 Khả năng chuyển hóa amoni của chủng NS3

Hình 38 Hiệu suất chuyển hóa amoni của chủng NS3.

Hình 3.9 Khả năng chuyển hóa nitrit của chủng NBL

Hình 3.10, Hiệu suất chuyển hóa nivit của ching NB1

Hình 3.11 Khả năng chuyển hóa niuit của chủng NB2

Hình 3.12 Hiệu suất chuyển hóa nitrit của chúng NB2

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của chủng

Hình 3.14, Ảnh hưởng của nhiệt độ

Hình 3.15 Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của chủng NS2.

Hình 3.16, Ảnh hưởng của pH đến

En sự sinh trưởng của chủng

tự sinh trường của chủng NB2

Trang

4

5

40 ái

¬ 42 43

43

44 45 46 47

4T

Hình 3.17 Ảnh hưởng của nồng độ NaHCO; đến sự sinh trường của chủng NS2.49)

Hình 3.18, Ảnh bường của nàng độ NaHCO, đến sự sinh trưởng của chủng NB2.49Hình 3.19 Bề mặt đáp ứng mô hình khi nhiệt độ và pH thay đổi, nồng độ NaHCO;

Hình 323 Kết quả chuyển hóa amoni tong thí nghiệm đối với mẫu nước có nồng

DANH MỤC CÁC KÝ HI

vũ

Cée từ hoặc thuật ngữ: Giải thích các từ hoặc thuật ngữ viết tắt

viet tắt

ADP Adenosin Diphosphat

AMO Ammonia monooxygenase

ANOVA, Analysis of Variance ~ Phân tích phương saiATP Adenosin Triphosphat

BTNMT BO Tai nguyên vả môi trường

DO Dissolved Oxygen - Nong độ oxy hòa tan

EDTA Ethylen diamin tetraacetic acid

ok gamit

h Hour = giờ

HAO, Hydroxylamine oxydoreductase

KHCNVN Khoa học va công nghệ Việt Nam

MBBR ‘Moving bed biofilm reactor

mg/L miligam/it

‘MPN Mos probable ‘number = Số lượng chắc chin nhất

NAD Nicotinamide adenine dinucleotide

oD Optical density ~ Mật độ quang.

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

‘pm Round per minute ~ Vòng trên phút

RSM ‘Respond surface methods = Phương pháp bé mặt

đáp ims TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam.

MỞ ĐÀU

Nd là dang vật chất rất cin cho mọi sinh vật sing trên Trái Bit Những

nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng các loại bệnh tật 66 liên quan trực tiếp

<n chất lượng nguồn nước, do đô bảo vé chất lượng nước đồng vai tr quan rong

trong việc chăm s6e và bảo đảm sức khỏe con người

“Các nguồn nước được sử dụng chủ yêu là nước mật và nước ngim đã qua xử

lý hoặc sử dụng trực tiếp Phin lớn nguồn nước bị 6 nhiễm bởi các tạp chit với

thành phần và mức độ khác nhau thy theo đị hình, đặc tha sản xu, sinh hoạt của

từng ving ma nó di qua Hoạt động nông nghiệp sử dụng các loại phân bón trên diện rí các loại nước thải công nghiệp, nước thải nh hoạt giàu hợp chất niter đã thải vào mỗi trường làm cho nguồn nước bị ô nhiễm nitơ mà chủ yếu là amoni Amoni tuy không gây độc trực tiếp cho con người nhưng các sin phẩm chuyển hóa

từ amoni như nitrit, nitrat lại là các tác nhân gây hại đến sức khỏe con người.

“Các phương pháp vật lý và hóa lý xử lý amoni đã được thử nghiệm và áp

‘dung khá nhiều trên thé giới Tuy nhiên các phương pháp này có giá thành vận hành,

cao và quá trình thực hiện phức tạp

Hiện nay, công nghệ xử lý amoni bằng biện pháp sinh học thường được ứng dụng rộng rãi Việc sử dụng các vi sinh vật dé xứ lý có tính ổn định cao, tiết kiệm chỉ phí và thân thiện với môi trường Phương pháp sinh học sử dụng nhóm vi khuẩn

nitrat hóa và khử nitrat hóa được ưa chuộng nhiều hơn bởi không đỏi hỏi nhiều điều

kiện nghiêm ngặt Nhóm vi khuẩn nitrat hóa có hai nhóm là nhóm đị dưỡng và

nhóm tự đưỡng hóa năng Tuy nhiên, trong quả trình xử lý nước ngằm vi khuẩn tự

dưỡng hóa năng vẫn được sử dung nhiễu, bởi chúng cho hiệu quả cao hơn và không

cần nguồn định dưỡng hữu cơ

“Theo kết quả quan rắc tải nguyên nước dưới đất của Trung tâm Quan trắc và

Dự báo ti nguyên nước (Bộ Tài nguyên Môi trường) đã công bổ cho thấy tại một

số điểm quan trắc ở Hà Nội như xã Tân Lập, Ban Phượng, nước ngằm có hàm

lượng amoni được phát hiện là 23,3 mg/L cao hơn quy chuẩn cho phép nhiễu lẫn,

đặc biệt là vào mùa khô [8] Hiện nay, phần lớn người dân khu vực nay déu sử dụngnguồn nước ngằm phục vụ chủ yêu cho sinh hoạc Chính việc không đủ nước sạch

khế

in người dân vẫn phải dmg nguồn nước ngằm bị 6 nhiễm gây ảnh hưởng đến

sức khỏe và chất lượng cuộc sống Vì thế việc xử lý amoni trong nước ngằm là cần

thiết và đẳng quan tâm

“rên cơ sở đó, ác giả thực hiện luận văn thạc sỹ với dỀ ti: “Aghiên cứu

má trình tích hp vi khuẩn nitrat hóa trên vật liệu mang dé chuyển hóa amonitrong mước ngầm tại xã Tân Lập, Đan Phượng, Hà Nội” Trong khuôn khỗ luận

văn mới chỉ đề cập đến quá trình nitrat hóa, chuyển hóa các dang amoni, it thành

nitrat Vì vậy, đây là những kết quả bước đầu mà luận văn đạt được sẽ phục vụ cho

những mục đích nghiên cứu tip theo đối với việc xử lý amoni trong nước ngằm 3 Mục đích của Luận văn

= Tuyển chọn được chủng vi khuẩn nitrathéa có hoạt tính mạnh,

= Nghiên cứu các điều kiện thích hop cho sự sinh trưởng và tích hợp vi khuẩn nitrt hóa trén vật liệu mang

= Dinh giá hiệu quả chuyển hóa amoni trong nước ngằm sử dụng vật liệu

mang tích hợp vi khuẩn nitrat hóa

3, Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đổi tượng nghiên cửu: vì khuẩn niưat hóa thuộc bộ chủng giống đã được

phân lập của Phòng vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ mỗi trường, Viện Hàn

lâm KHCNVN, vậ liệu mang DHY và một số mẫu nước ngầm nhiễm amoni

Pham vi nghiên cửa: xã Tân Lập huyện Đan Phượng Hà Nội.

4 Phương pháp nghiên cứu.

© Phương pháp 1: Thu th

“Thu thập tt cả

„ phân tích, xử lý và tẳng hap liệu

je tài liệu hiện có liên quan đến luận văn Bên cạnh đó luận.

văn có sử dụng phần tin học chuyên dụng để phân th, xử lý số

đánh giá trong quá trình thực hiện luận văn

= Phương pháp 2: Ké thiea.

Kí thừa các ti ig, ác kết quả nghiên cứu trước đây đ ấp thu và bồ sung

cho bài luận văn

"Phương pháp 3: Lay mẫu thực dj

“Thu thập và lẫy mẫu tại khu vục nghiên cứu

"Phương pháp 4: Quy hoạch thực nghiệm.

Sử dụng phương pháp b mặt đáp ứng với thiết kế Box-Behnken nghiên cứu,

ự ảnh hưởng của các yêu tổ rong giới hạn đến các mục tiêu

Phuong pháp 5: Phân tích trong phòng thí nghiệm.

Sử dụng các phương pháp phân ích hóa học, vi sinh theo tiêu chuẩn quốc gia

và quốc tế để thu thập các số liệu thực nghiệm

5 Kết quả đạt được

“Tuyển chọn được ching vĩ khuẩn có hoạt tinh mạnh

Đưa ra điều kiện thích hợp cho sự sinh trưởng và tích hợp vi khuẩn nitat hóa

trên vậtliệu mang

Đính giá hiệu quả chuyển hóa amoni tong nước ngằm sử dụng vật liệu

mang tích hợp vi khuẩn nitrat hóa

CHUONG 1 TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU

1.1 Nguồn gốc 6 nhiễm amoni trong nước ngằm

LLL Sự tằn tụi của các hợp chất nữ trong tự nhiên

Nito tổn tại trong bệ thuỷ sinh ở nhiều dang hợp chất vô cơ và hữu cơ với tỷ

Ig khác nhau tay thuộc vào mỗi trường nước Nitrat và niuitlà các madi nite võ cơ

trường nước, tồn tại trong điều kiệ

cổ trong mô cồ oxy, còn amoniae (NHS) tổn tại

ở dạng co bản trong điều kiện ky khí Amoni hòa tan trong nước tạo thành dang

hydrOxit amoni (NH,OH) và sẽ phân ly thành ion NH,* và ion OH Qué tình oxy hoá có thể chuyến tit cả các dạng nitơ vô cơ thành ion Ni còn quá tình khử sẽ chuyển hoá chúng thành dang nitơ không khí.

Quá trình oxy hoá các dạng nơ vô cơ thành NOx’ được gọi là quá trình

niưat hoá (nitrification) Quá trình khử nitrat (denitrication) là quá trình chuyển hóa

NO, thành nitơ không khí hoặc oxyt nito Quá trình cổ định nite (nitrogenfixation)

là quá trình nite trong không khí được cổ định vào hệ sinh học thông qua dang

amoni Quá trình này đôi hỏi một năng lượng đảng ké để chuyển hoá nitơ không khi thành dạng amoni Các protein trong min động vật và thực vật sau 46 có thể bịphân ly thành các amino axit rồi tiếp đến phân huỷ thành amoni và các dạng nitơ vô

cơ trong nước di vào hệ sinh vật rồi cuối cùng chuyển hoá về dang nite hữu cơ

Ni trong nước thải chảy ra sông và biển ở him lượng lớn, chúng sẽ kích

thích sự phát triển của sinh vật thuỷ sinh Sau khi chết xác của chúng sẽ gây 6

nhiễm nguồn nước Nite và phospho là hai yếu tổ gây ảnh hưởng đến mỗi trường

nước ngọt Nếu nng độ nito tăng lên nhưng phospho không tăng, hoặc nồng độ

phospho tăng lên nhưng nằng độ nitơ không tăng thi sẽ không làm cho sinh vật thuỷ xinh phát triển

Hinh 1.2 Chu trình Nhớ trong tự nhiên

‘Qua hình 1.2 chúng ta có thé thấy nguyên nhân chính dẫn đến ô nhỉ

trong nước là tử hai nguồn chink: khoảng hoá các hợp chit hữu cơ và từ nguồn phânbón sử dụng trong sản xuất nông nghiệp hoặc nước thải có chứa các hợp chất hữu

1.1.2 Nguôn gốc ô nhiễm.

Nito từ đắt, nước, không khí vào cơ thể sinh vật qua nhiều dạng biến đổi sinhhọc, hóa học rồi quay trở vé môi trường dit, nước, không khí tạo thành một vòng

khép kín gợi là chu trình nto

“Trong đất, nơ chủ yêu tôn tại ở dạng hop chất hữu cơ Him lượng này càng

Auge tang lên do sự phân hủy xác động, thực vật, chit thải động vật Hằu hết thực

vat không trực tiếp sử dụng dang nito hữu cơ này ma phải nhở vì khuẩn trong dat

chuyễn hóa chúng thành những dang vô cơ mà thực vật có thể hip thụ được Khi

“được rễ cây hắp thụ qua các quá trình biển đổi hóa học, chúng sẽ tạo thành enzym,

protein nhờ đỏ thực vật lớn lên và phát triển Con người và động vật ăn thực vật

lồn nitơ cho thực vat, Một số loại thực sau đó thải cặn bã vào đất cung cấp tở lại

vật có nốt sin như: cây ho đậu, cỏ ba lá có thể chuyển hóa ni trong khí quyển

thành dang nite sử dụng được cho cây.

C6 nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng 6 nhiễm amoni trong nước ngằm

nhưng một trong những nguyên nhân chính là do v

bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hóa chỉ

sử dụng quá mức lượng phân

„ thực vật đã gây anh hưởng đến nguồn nước; do

quá tình phân hủy các hop chất hữu cơ lâm day nhanh quá tình nhiễm amoni tongnước ngằm Bên cạnh đó, mức độ 6 nhiễm còn phụ thuộc vào cấu tạo địa chất của

khu vực [8].

Nước ngim ô nhiễm amoni do quá trình lắm xuyên nước mặt xuống các

tầng phía đưới qua các cửa số địa chất thủy văn Các hợp chất nitơ sẽ từ nước mặt

thắm xuống nước đưới đất Như vậy nếu nguồn nước mặt bị ô nhiễm thì dẫn đến

nguồn nước ngim cũng bị 6 nhiễm Ngoài ra quá trình lắng đọng giữ lại cũng như

hàng loạt các hợp chất chứa nơ từ các quá tình tự nhiên (amon axit amid, hop

chit nto dị vòng ) cũng là nguyên nhân gây 6 nhiễm nước bởi các hợp chất nite

6 môi trường pH từ 6 ~ 8, tơ nằm chủ yêu dưới dạng amoni Amoni có thể xuấthiện trong nước ngằm từ nước thải sinh host, bãi chôn lắp phế thi, nghĩa trang

do kết quả của quá tình amon hóa — phân hủy các hợp chất chứa nito như dam,

nước tiễu và axit nucleic bởi vi sinh vật hay do việc sử dụng phân bón, thuốc trừ

sâu có chứa nite trong nông nghiệp Sự có mặt các ion NH," cùng với ion NO;

chứng tỏ nước ngằm bj 6 nk bởi nước thải sinh hoạt mới xâm nhập [2]

1.1.3 Ô nhiễm amoni trong nước ngầm

Ở trong nước ngim, amoni không thể chuyển hoá được do thiếu oxy Khi

khai thác lên, vi sinh vật trong nước nhờ oxy trong không khí chuyển amoni thành các dang nitat, niitích tụ trong nước ăn, Khi ăn uống nước có chứa nirit,

cơ thể sẽ hấp thụ nitrit vào máu và chất này sẽ tranh oxy của hồng cầu làm.hemoglobin mắt khả năng lấy oxy dẫn đến tình trạng thiểu máu xanh da, Vì vậy,

nitrt đặc biệt nguy hiểm cho trẻ mới sinh dưới sáu tháng, có thể làm chậm sự phát

trên, gây bệnh ở đường hô hấp Nirất ết hợp với các axit amin trong thực phẩm

làm thành một họ chất nitrosamin Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế

bào là ngu) cho niưït vào thức ăn, nhân gây bệnh ung thư Những thí nghiệ nước tổng của chuột th với him lượng vượt ngưỡng cho phép th sau một thời

sian thấy những khối u sinh ra rong gan, phổi, vom họng của chúng

Amoni trong nước ngằm còn là nguồn dinh dưỡng, ạo điỄu kiện cho các

vi sinh vật trong nước, kể cả tảo phát tiển nhanh, am ảnh hưởng đến chất

khuân [10].

1.2, Hiện trang ô nhiễm amoni trong nước ngầm tại Việt Nam

lượng nước thương phẩm, đặc biệt là độ trong, mùi, vị, n

“Theo báo cáo của Trung tâm Quan trắc và dự báo ti nguyền nước - Bộ Tàinguyên và môi trường năm 2013, đã công bổ kết qua quan trắc tai nguyên nướcdưới đắt ở khu vue đồng bing Bắc Bộ, Nam Bộ và Tây Nguyên Theo đồ, mựcnước ngim đang sụt giảm mạnh, chit lượng nước ở nhiễu nơi cing không dat tiêu

chuẩn Tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngằm đã được phát hiện ở nhiễn vùng

số vũng trên đều cao hơn quy chuẳn cho phép (theo QCVN 09:2008/BTNMT - Quy

“chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngằm) khoảng 70 ~ 80% [8],

Tai tỉnh Hà Nam, him lượng amoni trong nước ngằm ở một số địa phương

cho thấy phần lớn đều cao hơn hàng trăm lần mức quy chuẩn cho phép như ở xã Bồ

ĐỀ và xã Bồi Cầu (huyện Bình Lục) là 754 và 647 lẫn [S]

“rong kết quả phân tích mẫu nước ngầm ở xã Nghĩa Minh, huyện Nghĩa

Hưng, Nam Định, hàm lượng amoni từ 29,6 — 36,4 mg/L; vượt quá giới han cho.

phép từ 296 - 364 lần [8]

Tai điểm quan trắc Tân Lập, huyện Ban Phượng, Hà Nội, hàm lượng amoni

ấn 23.30 mg/L sắp 233 lần tiêu chun cho phép [8]

1.3 Khái quát một số phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm

Trong nước ngằm, các hợp chất nite có thé tồn tại dưới dong các hợp chấthữu cơ, niti, nirat, và amoni Có rất nhiều phương pháp xử lí amoni trong nướcngầm đã được các nước trên thé giới thử nghiệm và đưa vio áp dụng

Lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp cần xem xét hai yếu tổ chính là hiệu

cquả xử lý và giá thành, điều quan trọng để quyết định phương pháp xử lý phụ thuộc

tạ độ amoni trong mỗi trường nước Nếu ning độ amoni khoảng dưới 100

mg/L thì sử dụng phương pháp vi sinh là thích hop nhất, nồng độ amoni từ 100 —

5000 mg/L cũng sử dụng phương pháp vi sinh hoặc có thé sử dụng phương pháp.

sue khí bay hơi, néng độ amoni lớn hơn 5000 mg/L nên sử dụng phương pháp héa

lý phù hợp về mặt kỹ thuật lẫn kinh [II]

13.1 Phương pháp Clo hoá

Clo gần như là chất oxy hóa mạnh có khả năng oxy hoá amoniamoaiae ở

độ phông thành nite không khí [9] Khí hoà tan Clo trong nước tuỷ theo pl

của nước mà Clo có thé nằm dạng HCIO hay lon CIO” do có phản ứng theo phương

trình

Cl;+H,O*—* HCI+HCIO p<?) HCO +— H'+ Clo (pH>8) Khi trong nước có amoni sẽ xây ra các phản ứng sau:

HCIO + NH; = H;O + NHCl(Monocloramin) HCIO + NH;CI + NHI; (Dieloramin) HCIO + NHCI; + NCI, (Tricloramin)

Nếu có Clo dur sẽ xảy ra phan ứng phân huỷ các Cloramin:

HCIO +2NH;Cl = N; + 3CT + H;O Lúc này lượng Clo dư trong nước sẽ giảm tới số lượng nhỏ nhất vi xảy ra

phản ứng phân huỷ Cloramin

"Những nghiên cứu trước đây cho thấy, tốc độ phần ứng của Clo với các hop

chất hữu cơ bằng một nửa so với phân ứng với amoni Khi amoni phản ứng gần hết,

Clo dự sẽ phân ứng với các hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều hợp chất Clo có mùi đặc trưng khó chịu, Trong đó khoảng 15% là các hợp chất nhóm

THM (tihalometan) và HAA (axit axctic halogen) đều là cúc 1 có khả năng gây

ung thư và bị hạn chế nằng độ nghiễm ngặt

13.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng

Amoni ở trong nước tồn tại dưới dang cân bằng:

NH ZENE

Nhu vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng

Nếu ta nâng pH tới 9,5 tỷ lệ (NHJ NH,"] = 1, và cảng tang pH cân bằng cảng

a về phía tạo thành NHs, Khi đó nếu áp dung các kỹ thuật sục khí hoặc thôi khí thì amoniae sẽ bay hoi theo định luật Henry, làm chuyên cân bằng về phía phải

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp Clo hoa diém đột biến người ta

có thé thay thé một số tác nhân oxy hoá khác là ozon với sự có mặt của brom [9] Dưới tác dung của ozon, brom bi oxy hoá thành BrO' theo phản ứng sau đây:

Br+0,+H" = HBrO + Oy Phản ứng oxy hoá amoni được thực hiện bởi ion BrO' giống như của ion clo

NH, + HBO = NH;Br+ 1,0 NH;Br + HBO = NHBr, + HạO NH;Br + NHBP, = Ny + 3Br+ HỲ

Đây chính là điểm tương đồng của hai phương pháp Clo hoá và Ozon hoá

xúc tác brom.

1-34 Phương pháp trao dition

Qué trình trao đổi ion là một quá trình hoá lý thuận nghịch trong đó xây ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dich điện ly với các ion trên bờ mặt hoặc.

trong của pha rắn tiếp xúc với nó [9] Quá trình trao đổi ion tuân theo định luậtbảo toàn điện tích, phương tình trao đổi ion được mô tả một cách tổng quất như

su

AX +B ++ AB+X

CY + Di ++ CD +Y

“Trong đó AX là chit trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation

"Nhựa tao đổi ion dang rắn được ding để thu những ion nhất định trong dung

dich và giải phóng vào dung dịch một lượng tương đương các ion khác có cùng dẫuđiện tích Nhựa trao đổi cation (eationi) là những hợp chất sao phân tử hữu cơ cỏ

chứa các nhóm chức có khả năng trao đối với công thức chung là RX Trong đó R là.

gốc hữu cơ phức tạp, có thể là: COOH, CŨ Phản ứng trao đổi cation giữa chit

trao đổi vacation có trong dung dịch

R-H(Na) + NH,” «> R-NH, + HÌ(Na”)

2RH +Ca” + RạCa + 2H"

Chất trao đổi ion có thé có sẵn trong tự nhiên như các loại khoáng sét, trong

46 quan trong nhất là zeolit, các loại sợi cũng cỏ thể là chất vô cơ tổng hợp

(aluminosilieat, aluminophotphat, ) hoặc hữu cơ (nhựa trao đổi ion) Trong thực tế

nhựa trao đổi ion được sin xuất và ứng dung rộng ri nt Trong nước ngằm, ngoài

on amoni (thưởng chiếm ti If thip so với các cation khác) còn tồn tai các cation hoatrị I và hod trị II như Ca”, Mg”, K*, Na’,, phan lớn các nhựa cation có độ chonlọc thấp đối với ion amoni Để ứng dụng thực tiễn cần tìm được chất trao đổi ion có

độ chọn lọc cao đối với ion amoni Trong khi đó, Zeolie, đặc biệt là loại

Clinoptillit tw nhiên có thể đáp ứng được đôi hồi trên Clinoptilli là loại Zeoli tự

nhiên có công thức hoá học là (NasK.) Alin Ow 201130, độ lớn mao quản nằm trongkhoảng 3-8 A°, độ xốp khoảng 34%, Độ chọn lọc của Clinoptilolit đối với ion

amoni tuân theo thứ tự

Cs Rb'> KS NIL > Bal >Na'> Ca > FeAl Me ii

“Từ diy chọn lọc này cho thấy hẳu hết các cation cổ mặt trong nước tự nhiênnhự: Ca", Mg", Nat déu có tinh chọn lọc kém hơn so với amoni và tỉnh chọn lọc

của amoni gin ngang với Kal

1.3.5 Phương pháp sinh học

“rong nước ngằm, các hợp chit nơ có thé tồn tại dưới dạng các hợp chấthữu cơ, nitit, niưat, và amoni Vin đề xử lý amoni trong nước ngằm nhất là ở

mức ning độ cao cỡ 10 + 30 mg/L và hơn nữa, còn khá mới mẻ không chỉ ở Việt

Nam mà còn trên thé giới Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy trong số các phương pháp xử lí amoni tong nước ngằm thì phương pháp oxy hóa bằng vi sinh

Phương pháp này không gây 6 nhiễm, không cin giai đoạn xử lý phụ như phương pháp clo hỏa, hoặc tốn kém trong công đoạn hoàn nguyên vật liệu như trao đổi cadon.

Hạn chế của phương pháp này là lượng bùn sinh ra trong quá trinh xử lý,

tong quá trình xử lý có thể sinh mùi, quá trình bổ sung dưỡng chất vi lượng khó

kiếm soát

Phương pháp vi sinh xuất phát từ những tinh năng của nỗ như xử lý dễ dàngcác sin phim trong nước, không gây ð nhiễm thứ cấp đồng thời cho m sin phẩmvới một chất lượng hoàn toàn bảo đảm sạch va ổn định vỀ hoại tính sinh học, chất

lượng (cả về mùi, vị và tính ăn mòn).

Nhiều nghiên cứu gin đây cho thấy, trong số các phương pháp xử lý amonitrong nước ngằm thì phương pháp oxy hóa vi sinh - lọc sinh học ngập nước có thôikhí, có hoặc không có quá tình khử nitnt (ty theo néng độ amoni ban đầu) tỏ ra

có nhiều ưu điểm hơn cả Phương pháp này không gây ô nhiễm, không cần giả

đoạn xử lý phụ như phương pháp Clo hóa, hoặc tổn kém trong công đoạn hoàn tguyên vit liu như trao đổi cation [1]

Ưu, nhược điểm của các phương pháp xử lý amoni được so sánh qua bang dưới đây

Bảng 1.1 So sánh wu, nhược điểm của các phương pháp xử lý amoni trong moi

= Không gian _ |- Chỉ phí vận hành cao bởi hoá chất.

nhỏ - Lượng Clo tăng làm ting TDS.

| Có thé không đạt được tiêu chuẩn amoni cho

phép

| Đồi hỏi người vận hành có kỹ năng thành thạo.

Trao - Cố thể đạt tổng | Chất hữu cơ có thé gây kết dính nhựa

đổi ion lượng ni tiêu |- Nẵng độ amoni cao có thể làm giảm hiệu qua

chuẩn loại amoni

| Dùng cho sin | Đầu vào cần được lọc thường xuyên tinh tắc phẩm đồihỏi | cội

chất lượng cao | Tái sinh cột yêu cầu thiết bị phụ trợ khác nh

| Dễkiểm soát | mấythổikhí sản phẩm | Chỉ phí đầu tr và vận hành cao.

Ấp dụng tốt

nhất khi kết

hợp hệ thôngcung cấp vôi để

loại phospho.

Quá trình có.

thé đạt được.

tiêu chu tổng lượng ni cho

phép

Không bị ảnh hưởng bởi các

phépVấn đầu wethấp

| Phải hoạt động lên tục

| Chịu ảnh hướng lớn của nhiệt độ, pH, DO.

Phương | Uudiém Nhược điểm.

pháp

On định về hoạt

tính sinh học.

|- Chất lượng cao.

1.4 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni ở Việt Nam.

Trong những năm gin day chúng ta có một số công trình nghiên cứu xử lý

amoni trong nước ngim và nước cấp, các nghiên cứu còn hạn chế và chưa diy đủ

nhưng có th ligt kê một số công trình nghiên cứu sau đây:

~_ Hoàn thiện công nghệ xử lý nước dé áp dung cho một số nguồn nước bịnhiễn asen: nguồn nước bị nhiễn amoni vii hàm lượng lớn, chủ nghiệm đề

tải: KS Dinh Viết Đường, ông ty nước và môi trường Việt Nam

= Nghiên củu xử lý amoni trung nước ngằm Hà Nội, Nguyễn Văn Khôi, Cao

“Thể Hà (2002) - Dề tải cắp thành phổ 01C-09/11:2002

~ _ Báo cáo kết quả nghiên cứu xi lý amoni tai Pilot Pháp Van, Cao Thể Hà, Lê

Van Chigu, Nguyễn Văn Khôi, Bũi Văn Mit, Ngô Ngọc Anh (2004)

= Nghiên cứu xử lý amoni trong nuốc ngằm Hồ Noi đề tài cấp thành phd 0IC

Chủ trì Nguyễn Văn Khôi ~ Sở giao thông công chính Ha

= Bio cáo bước đầu xử lý amoni cho nhà máy nước Nam Dương công suất.30000m”/ngày đô

Nam (VIWASE Vietnam Water Supply and Environment,

2002), Công ty tư vấn thoát nước và mỗi trường Việt

= Các đề tài xử lý nhơ quy mô nhỏ của Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ

iệt Nam bằng phương pháp vi sink, chủ tì đề tài Nguyễn Văn Nhị.

= Đề tài xử lý NHơ quy mô nhỏ bằng phương pháp tao đổi ion với vật liệu

Zeolit, chủ trì Nguyễn Hữu Phú - Viện Han lâm Khoa học và Công nghệ

v Nam

= Nghién cứu xứ lý amoni trong nước ngdm bằng điện thẩm tách (EDR), chủ

trì để tài Nguyễn Thị Hà, Dé tài cấp Đại học quốc gia Hà Nội, mã số

dy nhiều nghiên cứu về lĩnh vực xử lý amoni trong nước ngẫm ở Việt Nam

15 Cư chế của phương pháp sử lý amoni sử dụng vi khuẩn nitrat hóa

15.1 Vĩ khuẩn nitrat hóa

Vi khuẩn niưat hóa gồm hai nhóm: tự dưỡng và dị dưỡng Nhóm vỉ khuẩn tự

đường là nhóm vi khuẩn sử đụng CO, như là nguồn cacbon duy nhất tạo nên vậtchit của tế bào Nhóm di dưỡng cũng có thé đảm nhiệm quá tình nitrat hỏa nhưng

chậm hơn so với nhóm tự dưỡng rất nhiều, để sinh trưởng vi khuẩn nitrat hóa di dưỡng phụ thuộc hoàn toàn vào sự oxy hóa chất hữu cơ [7]

Tắt cả các ching vi khuẩn niưat hóa đều là vi khuẩn biểu khí, nhưng một vài

sinh trưởng ở nồng độ oxy thấp Vi khuẩn có rất nhiễu hình dang như:

tình cầu, vi khuẩn có tiêm mao hoặc chùm mao, không có nội bào tử Hầu

‘vi khuẩn nitrat hóa đều là vi khuẩn gram âm.

tường biển từ khi được Khám phá bởi S N Winogradsky vào cuối thể kỷ 19

Chúng cũng được tim thấy trong các mỗi trường khắc nghiệt như sa thạch, sodakiểm, băng Nam Cực, hoặc trong bọt biển [7]

Qua trinh nhat hỏa được thực hiện thông qua hai bước với sự tham gia của hai nhóm vi khuẩn Vi khuẩn oxy hóa amoni thành niet và vì khuẩn oxy h6a nirït thành nitrat, không nhóm vi khuẩn tự dưỡng nào có thể oxy hóa trực tiếp amoni

thành niưat Vi khuẩn tự đưỡng oxy hóa nito gắn liền với qua trình năng lượng, còn

“quá trình nitrat hóa của nhóm dj dưỡng không gắn với quá trình chuyển hóa năng

lượng,

1.5.3 Đặc diém sinh lý của vi khuẩn nitrat hóa

Cho đến hiện nay, quá inh oxy hóa amon vn được ng là quá tình hiễu

khí, cần phân tử oxy Thông thường, vi khuẩn oxy hóa amoni có thể hoạt động ở

nông độ oxy thấp hơn là ở néng độ amoni thấp Ở các môi trưởng nước giàu dinhdưỡng vi khuẩn nitrat hóa có thể hip thu oxy ở nồng độ dưới 005 mg/L Vì vậy,

nhóm vi khuẩn niưat ha vẫn có số lượng lớn trong điều kiện thiểu oxy dưới các

tang nước sâu, trong trim tích dưới nước hoặc bể chữa nước thi, thậm chí cả ở cấc

điều kiện không cho phép vi khuẩn nitrat hóa hoạt động [5].

Trong dit và trong tằm tích dưới nước, nơi có nồng độ oxy thấp, vi khuẩn

oxy hóa amoni có th cải thiện quả tình niưat hóa Điều này chỉ ra rằng có thể cải thiện đặc điểm sinh ý, như là tang ái lực oxy hoặc thay đối cách nhận điện tử hơn là

thay đội thành phần cầu thành của quá trình nitrat hóa nói chung

1.5.4 Quá trình nitrat hóa

Các loại vi khuẩn hoá năng vô cơ (chemolilhorophie) thường là loại tr

dưỡng, đều sử dụng chu trinh Calvin để cổ định cacbonic như nguồn cacbon duy

nhất Ở vi khuẩn nitrat hoá được xếp vào loại hoá tự dưỡng (chemoautotrophic) sẽ.

sử dụng năng lượng thủ được từ quá tình oxy hoá amoni hay niưit để phục vụ cho việc khử cacbonie thành cacbonhyd, Khi một phân tử cacbonie di vào chu trình Calvin, nó cần đến 03 phân tử ATP và 02 phân từ NAD(P)H Năng lượng giải

phóng từ quá trình oxy hoá amoni lẫn niuit được sử dung để tổng hợp nên ATP và

NAD(P)H Chính hai hop chit quan trong này mà vi khuẩn niưat hoá sử dung để

khử cacbonic và các hợp chất khác phục vụ cho quá trình biến dưỡng của tế bào.

Quá trình tạo NADH và ATP ở vi khuẩn nitrat hoá tiêu tốn nhiề năng lượng

hơn và lượng sin phẩm tạo ra ít hơn Nhưng vi nguồn cơ chất amon, niưit mà vi

khuẩn nitrat hoá sử dụng lại không bị cạnh tranh như các nguồn cơ chất khác.

(glucose, ii, protein), nên vi khuẩn nitrat hoá vẫn thích nghỉ được với con đường

biến dưỡng bằng các hợp chất này

ti

bio vi khuẩn nitit hoá, cơ chế chung như sau: đầu

k enzym amoni monooxygenase xúc tác chuyển amoniae ngoài môi trường thành hydroxylamin theo phán ứng

NH, +O; + 2e +2H" > NH.OH + HạO + 0,7 keal/mol

Hydroxylamin sinh ra được vận chuyển đến tế bào chất và chuyển thành

nitrit đồng thời giải phóng ra 1 proton (H9,

NH,OH + O; + HO > NO, +H’ + 83.3 keal/mol Khi oxy hóa hydroxylamin thành nitrit s giải phóng ra nước và ion hydro

đây là nguyên nhân làm tăng tinh axit trong môi trường từ quá trình niưat hóa Điềunày phá vỡ độ đệm của môi trường nuôi cấy Do đó cần bổ sung kiểm để cân bằnglại độ kiểm cia nude, trinh tác động có hại của ion hydro kết hợp với nirit hoặc

niưat tạo thành axit nitric, Quá trình nitrit hóa diễn ra mạnh nhất ở pH trung tính

hoặc kiểm (pH 7.5 ~ 8) [13]

Hink 1.4 Con đường vận chuyên điện tie ở Nitrosomonas:

1.5.4.2 Quá trình nitrat hóa ở Nitrobacter sp.

Enzym ở day là nitritoxydase (NO, OR) là một enzym có chứa nhân Fe-S và

trung tâm hoạt động chứa Mo Trong tế bào vi khuẩn, cơ chế chung như sau:

NO; +HạO > NO; +2(H* +e) +178

Khác với quá tình nitrt hóa, nguyên tử oxy ding dé oxy hóa nitrit được lấy

mol

từ nước thay vì phân tử oxy Hai electron sinh ra tử quá trình oxy hóa nitrat được kết hợp với ony từ phân từ oxy để ạo thành nước trong nguyên sinh chit

Ngoài ra từ enzym NÓ,” OR, 2 electron sẽ chuyển NAD* thành NADH TẾ

bào sẽ sử dung NADH sinh ra cho các hoạt động oxy hóa và ding NADH cho chu trình Calvin [15].

nh có cơ chế sinh hóa chứa đủ hệ enzym phân giải các chất vô cơ Một số yêu tổ

ảnh hưởng như sau:

Hầu hết các vi khuẩn nitrat hóa có giá tị pH thích hợp dao động trong

khoảng 7,5 + 8 [23] Tại giá trị pH nhỏ hơn 6 hoặc lớn hơn 10 thi quả trình nitrat

hóa diễn ra rất châm và bị ức chổ, Quá tình oxy hóa amoni bởi vi khuẩn làm giảmtính kiểm của môi trường, vi thé độ đệm của pH môi trường rit quan trọng, trong

rường hợp cần bổ sung thêm kiểm để gitt pH, Vi khuẩn Nitrosomonas hoạt

động trong khoảng pH 8 + 9,2 Sự thích nghi của vi khuẩn đối với giá trị pH quá

sao hoặc quá thấp đều đồi hỏi phải có một khoảng thồi gian Trong nhiều ngh

cứu cho thấy các ching vi khuẩn tự dưỡng có thể thích nghỉ được ở các giá tị pHthấp như 3+ 4 hoặc rất cao 11+12 [18]

15.5.3 Nông độ amoni

Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến sinh trưởng của các

chúng vi khuẩn oxy hóa amoni, Okano và cộng sy (2004) thấy rằng ở nồng độamoni từ 20 = 100 mg/L các té bào của vi khuẩn oxy hóa amoni sau 7 ngày muicấy tăng từ 1,3 x 10” đến 6,6 x 10° tế bào/g đắt khô, Một số nghiên cứu khác còn

cho rằng, ning độ nito trong môi trường cao (400 ~ 1000 mgN/L làm giảm mạnh

.đến khả năng chuyển hóa nito của các chủng vi khuẩn nưat hóa (17)

15.5.4 Nỗi độ oxy hòa tan (DO)

“Tuy vi khuẩn nitrat hóa là loài hiểu khí bắt buộc nhưng chúng có thể trong thời gian dai ở điều

bể xử lý nước thải và bùn hoạt tính Ở các bể xử lý nước thải liên tục thì mật độ vi

khuẩn nhóm Nitrosomonas sp đạt tối ưu ở nồng độ oxy hòa tan khoảng 0,2 mg/L.Quá trình nirit hóa vẫn xảy ra ở mức độ oxy hòa tan thấp 0.05 mg/L mà vẫn phângiải được một lượng đáng kể amoni Đối với vi khuẩn nhóm Nitrobacter sp thì có

ing tương tự trong một số trưởng hợp mật độ t bào còn nhiều hơn vi khuẩn

oxy nhóm Nitrosomonas sp Việc phát triển các bể xử lý hiếu khí kín có một vàikhu vực ki khí cục bộ đã cho phép tiến hành đồng thời quá trình nitrat hóa và phảnnitrat hóa, chuyển từ amoni đến nite Nang độ oxy hòa tan thích hợp cho hệ vi

khuẩn niteat hóa phát triển tốt là từ 3 mg/L [16, 20, 23}

1.5.55 Sự có mặt của các chất độc

Nitrosomonas sp và Nitrobacter sp đều nhạy cảm với một vài hợp chất độc

trong môi trường Tuy nhiên, mức độ nhạy cảm của Nitrosomonas sp thường cao.

hơn Nitrobacter sp các hợp chất này gay ngừng quá tình niưat hóa vì ức chế các

hệ enzym trên ming của t bào, Hẳu ất các hợp chất digt khuẩn đều tác động đếnhoại động sống của vi khuẩn niưat hóa [TL

5.6 Khả năng bám dink

HỆ

ngoại bào và dính vào chất mang Khi chit mang có lớp lipopolysaccharide phủ bên

khuẩn nitrat hóa được biết có khuynh hướng tt ra những polyme

ngoài thì sự bám dinh được tốt hơn Nếu bE mat chất mang không phù hợp và có

nước rửa trôi, những cụm tế bao sẽ hình thành gọi là zoogloeas Màng sinh học

(biofilm) tạo bởi vi khuẩn nitrat hóa có khối lượng riêng ước đạt 1,14 g/em` và tổngkhối lượng riêng khô là 0,03 g/em* Trong nguồn nước tự nhiên, vi khuẩn nitrat hóathường kết với nhau thành từng chim và nỗi trên bề mặt hơn li ở dạng tự do Diab

và Shilo (1988) đã chứng minh vi khuẩn niưät hóa có thể bám dính từ 70 ~ 95% lên

một bề mặt min, tơ sau 30 phút kẻ từ khicho tiếp xúc [14]

Số lượng tế bào của Nitrosomonas sp giảm nhanh trong điều kiện ki khí ở

dịch tế

trong hang tháng Diab và Shilo (1988) cũng chứng minh khả năng tồn tại mạnh me

tự do so với tễ bào nằm trong lớp bùn, được ghỉ nhận khả năng sống sót

<6 định ở các chế độ kị khí và thiểu nguồn

p

w cần phải số định là cần thiết việc sử dụng nhữ

của vi khuẩn niưat hóa trong điều kiệ

dinh đưỡng [14] Quá trinh nitrat hóa và khả năng sinh trưởng sẽ thấp nếu vi khuẩn

ở dạng tự do, vì thể yêu

liệu mang sẽ tạo hiệu quả của quá trình nitrat hóa lên rất cao.

1.6, Đặc điểm khu vực nghiên cứu

Khu ve Hà Nội là nơi duy nhất của cả nước sử dụng đến 90% nước ngằmlàm nguồn nước cấp cho sinh hoạt Mặc dù quy định him lượng các chit Nite trong

nước là rất nghiêm ngặt song nước ngằm Hà Nội đang bị ô nhiễm Chất lượng nước.

ngằm ở ting mạch nông và mạch sâu ti đây có him lượng Nitơ trung bình hơn 20

mg/L vượt mức quy chuẩn cho phép rất nhiễu lần Một số nhà máy nước cấp bi 6

nhiễm amoni nặng như: Tương Mai, Hạ Đinh, Pháp Van, Nam Dư Mặc dù vậy

sau khi qua hệ thống xử ý, nước ở các nhà máy cấp cho người dân có him lượngamoni vin còn ở mức cao, vượt quy chuẩn cho phép nhiều lần [8]

Bang 1.2 Hàm lượng amoni sau xử lý tại một số nhà máy cấp nước ở Hà Nội

STP | TTênnhàmáynước | NồngđậNNHỊY | QCVNG52009BYT

(Nguồn: Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước quốc gia,

Bộ Tài nguyên và mỗi trường)

“Trong khoảng chục năm trở lại đây, xã Tân Lập, huyện Đan Phượng, Hà Nội

có tốc độ đô thị hóa khá nhanh Tuy nhiên cách trung tâm thành phố khô

nhưng người din nơi đây hàng ngày vẫn phải dùng nguồn nước ngằm bị 6 nhiễm.

“Toi dy từ tước đến nay các hộ gia đình đều sử đụng nước giếng Khoan Những gia đình cố điều kiện tang bị thêm bình nước lọc tỉnh khiết để dùng cho ăn uống, còn mọi sinh hoạt ding nước giếng khoan.

“Theo Quyết định số 3212/QĐ-UBND ngày 21/5/2013 của UBND thành phổ,

UBND huyện Dan Phượng đã xây dựng để án xây dựng nông thôn mới huyện Đan

Phuong giải đoạn 2012-2020, trong đồ giai đoạn 201

nước sạch đạt 60%; giai đoạn 2016 - 2020 dat 80%.

2015 tỷ lệ người dân sử dung rai xã Tân Lập hiện nay đã có

tram cấp nước sạch vớ tổng công suất là 6850 ming dm ty nhiên đến hết năm

2014, nước sạch mới chỉ cung cắp cho khoảng 36% dân số của xã: số hộ còn lại vẫn

sử đụng nước mưa, nước giếng Khoan sau khi lọc bằng bể lọc, được lọ lại bằng

máy lọc để niu ăn, tống Ké hoạch trước 30/6/2016 toàn xã sẽ có 52% hộ dẫn của

ch của

xã được sử dụng nước sạch đạt yêu cầu theo quy định vẻ tiêu chí nướ

Chương trình mục tiêu Quốc gia xây đựng nông thôn mới

aợc

amoni trong nước ngằm chủ yếu do con người gây ra,

Việc tồn tại hàng loạt cúc giếng khoan UNICEF trước đây nay không sử dụng hoặc

bị hồng không được trim lắp đóng yêu cầu: tinh trạng Khoan giếng Khoan tự phát.

khoan khai thie nước quy mô nhỏ trong sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệptrên địa bàn không được kiếm soát chặt chẽ gây nhiễm ban ting chứa nước Từ đâysắc loại chất thải gây 6 nhiễm sẽ ngắm xuống các ting chứa nước ngằm Mat khác,

khu vực lại có địa hình thấp dần v phía nam và đông nam, toàn bộ nước bé mặt kéo.

theo chất gây 6 nhiễm, ngắm xuống làm bản cả những ting chứa nước nằm sâu dướilòng đắc

“Thêm vào đó, trên địa bàn xã Tân Lập hiện nay có nhiều nhà máy, xí nghiệp.

hoạt động và gây 6 nhiễm môi trường Điễn hình như Xí nghiệp vật liệu hóa chất

thuộc Công ty cổ phần Diện tử Tin học Hóa chất đã từng bị Sở TNMT Hà Nội

thanh kiểm tra, xử lý việc gây ô nhiễm môi trường Xí nghiệp có xưởng sản xuất

hoạt động chủ yếu là sản xuất các hòm hộp, công ình bằng composite, ma kim loại

CHƯƠNG 2 VAT LIEU VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU

2.1 Vat liệu nghiên cứu

2.1.1 Vì khuân nitrat hoa

Vi khuẩn nitrat hóa được kế thừa từ bộ chủng giống vi sinh vật có khả năng

chuyển hóa amoni thành niưït và nitrit thành nitrat Bộ chủng giống thuộc phòng thí

nghiệm Vi sinh vật môi trường, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

2.1.2, Nước ngầm

Mẫu nước ngầm được lấy tại giếng khoan của một số hộ dân đại diện cho

'khu vực nghiên cứu là xã Tân Lập, huyện Đan Phượng, Hà Nội vào tháng 06 và 07

năm 2015 Các giếng khoan được lầy mẫu nằm trong khuôn viên các hộ gia đình có

độ sâu từ 15 — 30m thuộc các ting chứa nước ght và qh Vị trí của các giếng được

các hộ gia đình bổ trí cách xa khu vệ sinh và chuồng tại chân nuôi

2.1.3 Vật liệu mang

‘Vat liệu mang DHY được sử dụng trong nghiên cứu là xốp polyurethane có

hình khối lập phương với kích thước 1 x 1 x 1 cm, khối lượng riêng không quá 33

‘gh; trọng lượng 097 g/l; diện tích bề mặt khoảng 6000 + 12000 mồm”

Polyurethane rat bên và không độc hại khi ở trong nước Vật liệu sau một thời gian

sử dụng không thể hoàn nguyên do xác vi sinh vật bám vào và phân hủy làm thayđổi bŠ mặt tiếp xúc Tuy nhiên với giá thành rẻ nên có th sử dụng mới để hay thể,

Hình 2.1 Vật liệu mang DHY

Vat liệu mang DHY có diện tích bé mặt được tinh toán dựa trên kích thước

hình học của giá thé và cấu trúc xóp của nó, chính những lỗ nhỏ li tỉ bên trong giá.thể tạo ra những bé mặt cho sự sinh trường và phát triển của vi sinh vật cơ chế

khuếch tin và trao đổi chất tương tự như màng sinh học cổ định Do đó, quá trình

chuyển khối trong hệ mang chuyển động cao hơn so với hệ mang cổ định Lớp màng vi sinh dinh bám tăng dẫn theo thời gian vận hành do sự phát triển cia vi sinh

vật Khi mà chiều dày của lớp mảng nảy vượt quá độ dày mà oxy hòa tan có thể

thắm đến thì phía sâu hơn sẽ hình thành môi trường thiếu khí hay yém khí Càng

vào sâu trong lớp màng, nguồn thức ăn càng trở nên thiếu hụt, dẫn đến quá trình.

phân hủy nội sinh xảy ra Trong giai đoạn nội sinh vi sinh vật mắt khả năng bám

inh tên màng và bị dong nước kéo ra khỏi mảng, đó là giai đoạn bong mang.

Vật liệu mang DHY đã được sir dụng tong cô we nghệ ming vi sinh ting chuyển động (MBBR) đáp ứng được các điều kiện va yêu cầu đạt ra đ xử lý nước

thải sinh hoạt tại trạm xử lý nước thải thành phố Đà Lạt

2.14, Thit bị, dung cụ nghiên cứu

2.1.4.1 Thiết bj do đạc, phân tích:

Một ổ thiết bị, mấy móc sử đụng trong luận văn

~_ Cân phântích Sartorius BS 2248, Đức

~ _ Thiết bị đo pH Hannah, Thụy Sp

= Thit bị do nồng độ oxy hồn tan Hannah HI 9146-04, Thụy Sp

= Tủ sấy Bixon, Tring Quốc

= Tủ cấy ví sinh Esco Biotech BQR/GL-64, Indonesia

= Từ hút, Việt Nam

- _ Thiế bị phá mẫu COD ECO 8 Thermoreactor VELP Scientifica, Italia

- _ Thiếtbị cắt dam UDK 129 Distillation Unit VELP Scienifca, Katia

~ _ Máy quang phổ khả kiến UV-VIS 1250, Shimazu, Nhật Ban

= Bếp điện, Trung Quốc

FeSO, 04 gil.

Phenol đỏ 0,05 mg/L NaHCO, 30g/L

Nacl Logi

Fes o4 gf.

NaHCO; 30g/L

Nard cắt 2 lần di It

Chinh pH về 8 bằng HCI IN hoặc NaOH 3N

Khử trùng ở 121 °C trong 20 phút 2.2 Phương pháp nghiên cứu.

2.2.2 Khảo sát các yếu tổ ảnh hưởng đến sy

khuẩn nitrat hóa

inh trường và phát triển của vi

Mật độ vi sinh vật có thể được xác định một cách gián tiếp thông qua độ đục

của mỗi trường nuôi cấy, khi môi trường long chứa nhiễu vi sinh vật sẽ cản ánh

dng làm phân tán chùm tia tới, trong một giới hạn nhất định của độ đục và mật độ

có thể xác lập được mỗi quan hệ tuyển tính giữa một độ tế bảo và độ đục,

thông thường người ta xác định thông qua độ hip thụ ánh sing có bước sóng 600

am, Do đồ muốn xée định lượng tế bào cần xây đựng đường cong sinh trưởng dựa

vào giá trì mật độ quang ở bước sóng 600 nm (Dạ) [3]

2.2.2.1 Ảnh hướng của nhiệt đồ

ĐỂ khảo sắt anh hướng của nhiệt độ lên sự phát triển của vi khuẩn nitrt hóa Sau khi được hoạt hóa, vi khuẩn được mui cẤy trong bình tam giác dung tích 250

mL có chữa 50 mL môi tường mui cấy thích hợp, được cắp giống 0.2% v/v Nuốilắc (200 rpm) ở cúc nhiệt độ 20°C, 30°C, 37°C và 40 °C trong 7 ngày San mỗi 24

h lấy mẫu I lần và do giá trị mật độ quang ODsen

22 2 Ảnh hưởng của pH

Sau khi khảo sát ảnh hưởng của yếu tổ nhiệt độ, chúng ta sẽ biết ở nhiệt độ

nào ching được chọn sinh trưởng và phát tin tốt nhất, ti đỏ cổ định nhiệt độ và

tiến hành khảo sắt pH Môi trường môi cấy được chính về các giá tỉ pH ban du 6

7, 8 và 9 bằng dung dich HCl 1N hoặc NaOH 3N, Cấp giống 0,2% v/v và nuôi lắc.(200 rpm) trong 7 ngày Lay mẫu do giá trị mật độ quang ODay aa Sat mỗi 24h,

2.2.2.3 Ảnh hưởng của ngudn cacbon võ cơ

“Cổ định nhiệt độ pH, tốc độ lắc (200 rpm) mà tại đô ching sinh trường vàphát triển tốt nhất Khảo sát ndng độ NaHCO, bằng cách thay đổi ndng độ tại cácgiá trị 1, 2, 3, 4 g/L Tiến hành cấp giống 0,2% v/v, nuôi lắc trong 7 ngày và lắy

mẫu do giá trị mật độ quang ODạ sau mỗi 24 h.

2.2.3 Tối ru héa theo phương pháp bé mặt dip sing (RSM)

Phương pháp 68 mặt dip ứng là một kỹ thuật mô hình thực nghiệm được sử

dụng để đánh giá mỗi quan hệ giữa một tập hợp của các yéu tổ thử nghiệm kiểm

tra

soát |6] Dựa trên kết quả ki mô hình kiểm tra các biến thử nghiệ thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn nitrat hóa một cách tối ưu bằng,

cách sử dụng thiết kế Box-Behnken,

“Trong nghiên cứu này, ác định giá tối vu của ba yếu tổ chính ở ba mức

(-1,0 và +1) với 15 thí nghiệm trong đó có 3 thí nghiệm ở tâm [21]

Him đáp ứng được chọn là giá tị mật độ quang (OD) của địch nuôi

hình hóa được biểu diễn bằng phương trinh bậc hai: Y = Ag + AsXy-+ A;X;* AsXs+ ApXIX: + ApXiX2+ ApXiX2 + AnXI + AnX2" + AgXs" Trong đó Ay là

‘Ag là các hệ số bậc 1; Ay, Az, Arm là các hệ số bậc

hệ số hồi quy tại tâm; Ay,

2; Ain Ars, Aas là các hệ số tương tác của từng cặp yếu tố; X1, Xo, Xs, Xụ, Xu,Xss, Xia, Xis và Xas là các biển độc lập, Sé liệu được phân tích bằng chương trình

Statgraphies Centurion XVI v16.1.11 (Statpoint Technologies, Inc., Warrenton,

Virginia, Hoa Kỷ), Từ kết quả phân túch xác định mức tối ưu của các yếu tổ Khảo

sit cho giá tị ODcao nhất

Sử dụng phần mém Statgraphies Centurion XVI v16.1.11 cho chứng ta bảng

2.1 bố trí thí nghiệm như sau.