ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG xử lý AMONI BẰNG kỹ THUẬT MÀNG VI SINH TẦNG CHUYỂN ĐỘNG NHẰM mục tái sử DỤNG nước NUÔI TRỒNG THỦY sản

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI BẰNG KỸ THUẬT MÀNG VI SINH TẦNG CHUYỂN ĐỘNG NHẰM MỤC TÁI SỬ DỤNG NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Giáo viên hướng dẫn: Th.S Trịnh Thị Thủy Cán hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Cát NCV Lê Anh Vân Người thực hiện: Nguyễn Thị Thuận Lớp: CD8KM2 Địa điểm thực tập: Viện Hóa học – Viện Khoa học Công nghệ VN Hà Nội, tháng 05 - 2012 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường tận tình dạy em suốt năm học vừa qua Em xin cảm ơn Viện Hóa học – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam giúp em có môi trường thực tập tốt Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình PGS.TS Lê Văn Cát nghiên cứu viên Lê Anh Vân tập thể cán nghiên cứu khoa học Phòng Hóa Môi trường – Viện Hóa học tạo điều kiện tốt để em học tập thực hành lĩnh vực chuyên môn Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm, động viên giúp đỡ gia đình, bạn bè suốt thời gian qua Hà nội, tháng 05 năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Thuận MỤC LỤC ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường MỞ ĐẦU Việt Nam quốc gia giới có nghề nuôi trồng thủy sản phát triển nước có lịch sử nuôi trồng thủy sản lâu đời Với 3.260km bờ biển, 12 đầm phá eo vịnh, 112 cửa sông, lạch hàng ngàn đảo lớn nhỏ ven biển, lại thêm hệ thống sông ngòi kênh rạch chằng chịt với hồ thủy lợi, thủy điện nước ta có tiềm lớn nuôi trồng thủy sản Nghề nuôi trồng thủy sản nước ta phát triển, hàng năm thủy sản mặt hàng xuất truyền thống Việt Nam Theo tổng cục thống kê, thủy sản mặt hàng có kim ngạch xuất đứng thứ sau dầu thô dệt may Có thể thấy nghành thủy sản đóng vai trò quan trọng cấu tổng sản phẩm quốc nội Việt Nam Phần lớn trạm nuôi giống sử dụng nước mặn nước lợ sản xuất giống Hiện có khoảng ngàn trại nuôi giống thủy sản hoạt động cung cấp 20 tỉ tôm giống loại giống nuôi khác cho nuôi trồng thủy sản hàng năm Hình thức áp dụng thay nước nuôi hàng ngày với tỉ lệ định Phần lớn nước nuôi thải thẳng môi trường, không qua xử lý Nước thải chứa thức ăn thừa, chất tiết, vi khuẩn gây bệnh, phân , … Các tạp chất gây hại vực nước: giảm chất lượng nước, gây tổn hải sinh cảnh, suy giảm đa dạng sinh học, nhiễm mặn đất, lan truyền bệnh, biến đổi gen vi sinh kháng sinh gây nên tượng phú dưỡng cho khu vực nhận Vì lợi ích bảo vệ môi trường nói chung ngành sản xuất nuôi trồng thủy sản phát triển bền vững việc xử lý tái sử dụng nước thải từ trại nuôi giống nhu cầu cần thiết Ngoài tái sử dụng nước nuôi thủy sản mang lại lợi ích kinh tế sở nuôi cách xa nguồn nước cấp cho sở bán đồ hải sản tươi sống thành phố giảm chi phí vận tải nước nuôi Tái sử dụng nước nuôi trồng thủy sản phổ biến nhiều nơi giới phương thức sản xuất chưa áp dụng rộng rãi Việt Nam Nước nuôi thủy sản có mức độ ô nhiễm không nặng nề ngành sản xuất khác chất gây ô nhiễm lại chất gây độc trực tiếp cho loài nuôi với nồng độ thấp điển hình amoniac – thành phần phân hủy từ chất thải Vì xử lý nước tập trung vào xử lý amoni, cụ thể chuyển hóa chúng thành dạng nitrat thông Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường qua đường nitrat hóa nhờ vi sinh vật Tính chất đặc thù nước nuôi trồng thủy sản có nồng độ amoni thấp, độ muối cao, thường chứa chất ức chế (sử dụng nuôi chất kháng sinh) yêu cầu làm cao nhằm mục đích tái sử dụng Các yếu tố ức chế lớn đến hoạt động sinh trưởng phát triển vi sinh vật tự dưỡng (loài chuyển hóa amoni thành nitrat – vốn chủng loại có tốc độ phát triển chậm) Khó khăn khác sử dụng công nghệ sinh học xử lý nước nuôi sản xuất theo thời vụ, quy mô nhỏ, chủng loại vật nuôi đa dạng sở sản xuất Những đặc điểm tác động đến hiểu hoạt động công nghệ sinh học xử lý chi phí xây dựng vận hành hệ thống xử lý cao, khó ổn định Các công nghệ sử dụng giới vài sở Việt Nam lọc nhỏ giọt, lọc qua tầng cố định, đĩa quay sinh học … có hạn chế sử dụng hoàn cảnh Công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng thích hợp cho hoàn cảnh kinh tế đặc thù sản xuất trại nuôi giống thủy sản đòi hỏi tiêu chí:      Hiểu xử lý cao Vận hành đơn giản chi phí thấp Thích ứng với sản xuất mang tính thời vụ Thích hợp cho qui mô sản xuất nhỏ Dễ nhân rộng triển khai thực tế Một công nghệ hoi đáp ứng tiêu chí công nghệ màng vi sinh tầng chuyển động (Moving Biofilm Bed Reactor – MBBR) Là công nghệ sử dụng màng vi sinh bám chất mang, chất mang chuyển động nước hoạt động Hiểu thấp dạng kỹ thuật lưu thể, cao nhiều so với kỹ thuật khác, bù lại vận hành đơn giản nhiều so với kỹ thuật tầng lưu thể (đòi hỏi trình độ tự động hóa cao) không cần thiết phải có thêm công đoạn lắng Xuất phát từ thực tế phạm vi cho phép báo cáo thực tập xin trình bày vấn đề: “Đánh giá khả xử lý amoni kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động nhằm mục đích tái sử dụng nước nuôi trồng thủy sản” Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc chu trình Nitơ tự nhiên 1.1.1 Nguồn gốc nitơ Cơ thể động vật, thực vật thành phần hợp chất hữu chứa C, H, N nitơ thành phần có mặt, tồn nhiều dạng hợp chất hữu vô sản phẩm tự nhiên công nghiệp Nguyên tố nitơ tồn trạng thái hóa trị, từ dạng khử (N 3-) amoniac đến dạng oxi hóa (N5+) nitrat Ở nước tự nhiên hợp chất amoniac, hợp chất hữu chứa nitơ, khí nitơ, nitrat nitrit có nồng độ không đáng kể chúng nguồn nitơ cho phần lớn sinh vật đất nước Vi sinh vật sử dụng nguồn nitơ vào tổng hợp axit amin, protein, tế bào chuyển hóa lượng Trong trình đó, hợp chất chứa nitơ thay đổi hóa trị chuyển hóa thành hợp chất hóa học khác 1.1.2 Nguồn gốc hình thành Nitơ nước nuôi trồng thủy sản Trong trình nuôi trồng thủy sản vấn đề ô nhiễm nguồn nước thường hoạt động sản xuất nuôi trồng Đặc biệt nuôi trồng thâm canh, lượng lớn thức ăn tổng hợp đưa vào ao nuôi nhằm tăng suất sản phẩm, hiệu sử dụng thành phần thấp nên lượng dư với lượng chất tiết từ tôm cá tăng dần đến mức độ ô nhiễm ngày tăng giải pháp hữu hiệu Nước thải từ ao hồ nuôi thường bị ô nhiễm nặng nề nên cần hạn chế thải vùng xung quanh trước thải cần xử lí để đảm bảo an toàn cho khu vực nuôi trồng xung quanh 1.1.3 Chu trình nitơ tự nhiên Trong tự nhiên nitơ tồn nhiều dạng hợp chất hóa học, tham gia chuyển hóa nhiều trình, quan trọng chuyển hóa dạng hợp chất vô hữu chứa nitơ Trong môi trường hiếu khí, thực vật chết protein động Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường vật bị vi sinh vật phân hủy, thải amoniac amoniac bị oxy hóa thành nitrit, nitrat Nitrat, amoniac từ phân hủy hiếu khí từ trình cố định đạm tham gia xây dựng tế bào thực vật, vi sinh vật nằm dạng hợp chất hữu Chất hữu chứa nitơ thực vật, vi sinh vật động vật tiêu thụ để sản xuất protein Đó chu trình nitơ tổng thể Mặc dù nhóm vi sinh vật cố định đạm từ khí nhỏ chúng có vai trò quan trọng, bật trường hợp thiếu đạm Hợp chất nitơ có sẵn nguồn nước, chủ yếu chất thải từ hoạt động người dạng hợp chất hữu chứa nitơ (axit amin, protein, urin ) chất dễ dàng bị thủy phân (phản ứng với nước) tạo thành amoniac Trong điều kiện nước chảy, amoniac chuyển hóa dịch chuyển theo ba phương thức: - Đóng vai trò chất dinh dưỡng cho tảo loại thủy thực vật có rễ để tạo sinh khối - Bay vào không khí dạng khí amoniac áp suất riêng không khí thấp mức bão hòa (hầu tồn tại) Mức độ bay trước hết phụ thuộc vào pH môi trường Amoniac bazơ yếu có cường độ bazơ 9,25 Tại pH = 9,25 50% nồng độ tồn dạng trung hòa (NH3) có khả bay 50% tồn dạng ion amoni (NH 4+) không bay Tại pH = 7,2 tỉ lệ nồng độ dạng ion trung hòa 100/1, ngược lại pH = 11,25 tỉ lệ 1/100 pH cao điều kiện cần để amoniac nước tồn dạng bay Sục khí nhiệt độ cao thúc đẩy amoniac bốc (giải hấp thụ) - Sự có mặt amoniac nước gây nhu cầu tiêu thụ oxy nitơ (nitrogeneous oxygen demand, NOD), tức lượng oxy cần thiết để oxy hóa amoniac thành nitrit (do vi khuẩn Nitrosomonas) tiếp tục thành nitrat (vi khuẩn Nitrobacter) Để oxy hóa g amoniac cần 4,5 g oxy Quá trình oxy hóa amoniac phụ thuộc trực tiếp vào mật độ chủng vi sinh Nitrifier nồng độ oxy tan nước.Trong dòng chảy (sông, suối, mương ) có lớp nước nông trình oxy hóa diễn mạnh so với nguồn nước sâu Mức độ sinh trưởng phát triển chủng loại vi sinh Nitrifier (oxy hóa amoniac) thấp nên mật độ phân tán chúng nước thấp, hiệu oxy hóa Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường amoniac không cao Vi sinh Nitrifier thường tập hợp lại thành màng bám vào đất đá ven bờ địa điểm hàm lượng oxy cục cao giá trị trung bình nguồn nước Vì lý nên tốc độ oxy hóa amoniac phụ thuộc vào tỉ lệ diện tích tiếp xúc thể tích dòng chảy, nguồn chảy nông tạo điều kiện tốt cho trình so với dòng chảy sâu Mặt khác lớp nước bề mặt có nhiệt độ thường cao so với lớp nước sâu Trong nguồn nước lặng (ao, hồ, đập ) biến động hợp chất nitơ, photpho liên quan đến tảo gây tượng phú dưỡng Amoniac nitrat tảo, thực vật hấp thu tạo thành protein, chết bị phân hủy thành amoniac từ nguồn thực vật vi sinh vật Trong trình xử lý hợp chất nitơ nước thải, biến đổi hợp chất nitơ theo chu trình mô tả hình 1 Hợp chất nitơ (protein, urê) Phân hủy vi sinh thủy phân Tạo sinh Amoniac Tế bào nitơ Tế hữu thực bào Phân hủy nội sinh NO2Khử nitrat Khí nitơ NO3Chất hữu carbon Hình 1 Chu trình nitơ Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Vi sinh vật sử dụng amoniac để xây dựng tế bào, phần tế bào bị chết (phân hủy nội sinh) tiết amoniac phần tạo lượng sinh khối thực Loại vi sinh tự dưỡng thực phản ứng oxy hóa amoniac với oxy để sản xuất lượng cho mục đích hoạt động sống, sinh trưởng phát triển Quá trình oxy hóa tới nitrit nitrat gọi trình nitrat hóa Loại vi sinh tùy nghi, dị dưỡng khử nitrit nitrat với chất hữu (chất cho điện tử) tạo thành khí nitơ Khí nitơ sản phẩm cuối trình xử lý nitơ phương pháp sinh học 1.1.4 Chu trình nitơ nước nuôi trồng thủy sản Chu trình nitơ diễn ao nuôi Phân cá, tôm thành phần hữu (thức ăn thừa) bị chuyển hóa thành amonia (NH 3) amonium (NH4+) thành nitrit (NO2-) hay nitrat (NO3-) trước chuyển hóa tiếp thành khí nitơ thủy sinh số vi khuẩn ao 1.2 Các hợp chất chứa nitơ nước Trong nước hợp chất chứa nito thường tồn dạng: nitơ hữu cơ, amoniac (amoni) dạng oxi hóa (nitrat, nitrit) Các dạng khâu chuỗi phân hủy hợp chất chứa nitơ hữu cơ, thí dụ : protein hợp phần protein Protein NO2- NH3 NO3 – Các vi sinh phân hủy NO3 – NO2 - NO N2O N2 Nước chứa hợp chất nitơ hữu cơ, amoniac NH 4OH nước bị ô nhiễm Nước chứa nhiều nitrit (NO2-) nước bị ô nhiễm thời gian dài Nếu nước chứa chủ yếu hợp chất nitơ dạng nitrat (NO 3-) chứng tỏ trình phân hủy kết thúc Tuy vậy, nitrat bền điều kiện thiếu khí, nitrat dễ bị khử thành N 2O, NO nitơ phân tử tách khỏi nước bay vào không khí Amoniac nước tồn dạng NH3 NH4+ (NH4OH, NH4NO3, (NH4)2SO4…) tùy thuộc vào pH nước NH3 NH4+ có nước với photphat thúc đẩy trình phú dưỡng nước Trong nước mặt tự nhiên vùng không ô nhiễm hàm lượng amoni nhỏ 0,05 ppm; nước ngầm hàm lượng cao Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường nhiều; nước thải từ xí nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất hóa chất có hàm lượng amoni 10 - 100 mg/l Amoni sản phẩm cuối trình phân hủy hợp chất hữu chứa Nitơ có chất thải người động vật, thực vật Trong nước nuôi trồng thủy sản, nồng độ amoni thường nhỏ mg/l Trong nước tồn cân : NH3 + H2O = NH4+ + OH- có chuyển hóa NH4+ sang NO2 NO3- ion xem tác nhân gây độc đặc biệt trẻ em Sau vào thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột gây bệnh thiếu máu trẻ em Nitrit kết hợp với amin, amit hợp chất chứa nito khác tạo nitrosamin, nhóm casinogen xem tác nhân có khả gây ung thư - Tiêu chuẩn EPA NO 2- nước cấp uống trực tiếp không vượt mg/l, tiêu chuẩn Bộ y tế nước cấp dùng sinh hoạt 10 mg/l - Hàm lượng NH4+ nước cấp cho sinh hoạt, theo tiêu chuẩn Bộ y tế, không vượt mg/l (đối với nước ngầm ) mg/l (đối với nước mặt) Theo tiêu chuẩn Châu Âu, nước cấp uống trực tiếp hàm lượng NH 4+ không vượt 0,5 mg/l Ion nitrat môi trường axit chất oxi hóa mạnh Tùy theo hoạt tính kim loại nồng độ HNO3 mà axit nitric bị khử mức oxi hóa khác như: +5 HNO3 +4 NO2- +3 +2 +1 N O3 NO N2O N2 -3 -3 NH3(NH4+) Quá trình biến đổi từ NH4+ thành NO3- trình nitrat hóa bao gồm hai bước: Nitrosomonas NH3 (NH4+) Nitrobacter NO2- NO3- Quá trình phụ thuộc vào yếu tố : lượng chất hữu cơ, hàm lượng nước, lượng oxi, nhiệt độ, pH môi trường Sv: Nguyễn Thị Thuận 10 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Trong môi trường axit, ion NO2- phản ứng với axit sunfanilic tạo thành hợp chất diazo kết hợp thêm với α- naphthylamin thành thuốc nhuộm azo màu hồng Cường độ màu hợp chất tạo thành tỉ lệ thuận với hàm lượng nitrit nước Xác định lượng nitrit mẫu nước phương pháp so màu bước sóng 520nm Hoá chất : - EDTA - α-naphthylamin - HCl đ - Axit sulfanilic - Natri axetat NaC2H3O2.3H2O - NaNO2 Cách pha : - Dung dịch EDTA : hoà tan hoàn toàn 500 mg EDTA 100 ml nước cất - Dung dịch α-naphthylamin : hoà tan 600 mg α-naphthylamin vào nước cất thêm vào ml HCl đ sau định mức thành 100 ml, bảo quản dung dịch tủ lạnh - Dung dịch axit sulfanilic : hoà tan 600 mg axit sulfanilic 70 ml nước cất nóng, để nguội thêm 20 ml HCl 35% sau pha loãng đến 100 ml - Dung dịch đệm natri axetat : hoà tan 27,2 g NaC2H3O2.3H2O 100 ml nước cất (lọc cần) - Dung dịch NaNO2 gốc : hoà tan 123 mg NaNO 100 ml nước cất sau pha loãng 10 lần ta dung dịch NaNO2 có nồng độ NO2- 8,1 mg/l Cách xác định: - Lập đường chuẩn : từ dung dịch NO2- 8,1 mg/l pha nồng độ 0,1; 0,2; mg NO2-/l thể tích 25 ml Sau cho thêm vào 0,5 ml dung dịch EDTA 0,5 ml dung dịch axit sulfanilic, lúc dung dịch có pH = 1,4 để - 10 phút, tiếp cho thêm 0,5 ml dung dịch α-naphthylamin 0,5 ml dung dịch natri axetat, lúc dung dịch có pH = - 2,5, để 10 - 30 phút cho màu phát triển đem so màu với mẫu trắng (mẫu nitrit) bước sóng λ = 520 nm bảng số liệu biểu thị quan hệ nồng độ mật độ quang Lập đường chuẩn từ bảng số liệu thu Kết xây dựng đường chuẩn xác định nitrit Sv: Nguyễn Thị Thuận 33 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Bảng 2: Giá trị cường độ hấp thụ quang tương ứng với nồng độ nitrit C(mg/l) 0.081 0.251 0.378 0.734 Abs 0.012 0.036 0.061 0.122 C(mg/l) 1.081 1.343 1.585 1.854 2.068 Abs 0.183 0.244 0.304 0.365 0.426 Từ số liệu bảng trên, sử dụng phần mềm Microsoft excel ta phương trình đường chuẩn đây: Hình 1.5: Đường chuẩn xác định nitrit - Xác định NO2- mẫu : lấy 25 ml mẫu, thêm 0,5 ml EDTA 0,5 ml axit sulfanilic (pH = 1,4) để - 10 phút sau thêm 0,5 ml α-naphthylamin 0,5 ml natri axetat, lúc dung dịch có pH = - 2,5, để 10 - 30 phút cho màu phát triển đem so màu với mẫu trắng (mẫu nitrit) bước sóng λ = 520 nm Sv: Nguyễn Thị Thuận 34 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường 2.3.6 Xác định nitrat theo phương pháp Brucine Nguyên lý: Thuốc thử Brucine môi trường axit H2SO4 đặc tác dụng với nitrat tạo thành hợp chất màu vàng Phương pháp Brucine dựa việc đo cường độ màu vàng hợp chất màu vàng hợp chất tạo thành nitrat brucine bước sóng 410nm Hoá chất : - H2SO4 đ - Brucine sunfat - CHCl3 - axit sunfanilic - HCl đ - KNO3 Pha hóa chất: - Dung dịch H2SO4 : thêm cẩn thận 500 ml H2SO4 đ vào 125 ml nước cất, làm mát - Dung dịch Brucine-sulfanilic : hoà tan 1g Brucine sunfat (C23H26N2O4)2.H2SO4.7H2O 0,1 g axit sulfanilic NH2C6H4SO3H.H2O 70 ml nước cất nóng Thêm ml HCl đ, làm mát định mức thành 100 ml với nước cất Bảo quản chai màu 5oC Dung dịch sử dụng vài tháng - Dung dịch NO3- (100 mg/l NO3- - N) : hoà tan 0,7218 g KNO lit nước cất Bảo quản cách cho thêm ml CHCl3 Dung dịch sử dụng tháng - Dung dịch NO3- làm việc (1mg/l NO3- - N) : pha loãng 10 ml dung dịch NO 3100 mg/l vào nước cất định mức thành lít, dung dịch làm hàng tuần - Dung dịch NaOH 1M : hoà tan 40 g NaOH vào lít nước cất Cách xác định : - Dựng đường chuẩn : Từ dung dịch mg/l NO 3- - N pha nồng độ 0,05; 0,1; 0,2; mg/l thể tích 10 ml vào bình thuỷ tinh Để bình thuỷ tinh vào chậu nước lạnh (0 - 10oC) Thêm 10 ml dung dịch H2SO4 vào bình, lắc để lúc cho nhiệt độ bình cân với nhiệt độ chậu nước Thêm 0,5 ml Brucine-sulfanilic vào bình lắc đều, nhắc bình khỏi chậu nước lạnh cho bình vào chậu nước nóng 100 oC xác 20 phút (chú ý : ngâm bình Sv: Nguyễn Thị Thuận 35 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường vào chậu cho nhiệt độ chậu không giảm - oC) Nếu màu phát triển dãy dung dịch chuẩn khác phải làm lại ý trì nhiệt độ chậu nước nóng không giảm xuống 95 oC Bỏ bình khỏi chậu nước nóng ngâm vào chậu nước lạnh để giảm nhiệt độ xuống 20 - 25 oC Đem so màu với mẫu trắng (mẫu NO3-) bước sóng 410 nm bảng số liệu biểu thị quan hệ nồng độ mật độ quang Lập đường chuẩn từ bảng số liệu thu Kết xây dựng đường chuẩn xác định nitrat Bảng 3: Giá trị cường độ hấp thụ quang tương ứng với nồng độ nitrat C(mg/l) 0.05 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 Abs 0.017 0.046 0.128 0.352 0.494 0.663 C(mg/l) 1.4 1.6 1.8 Abs 0.91 1.097 1.341 1.416 Từ số liệu bảng trên, sử dụng phần mềm Microsoft excel ta phương trình đường chuẩn đây: Hình 1.6: Đường chuẩn xác định nitrat theo phương pháp Brucine Sv: Nguyễn Thị Thuận 36 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường - Xác định NO3- mẫu : điều chỉnh pH mẫu khoảng NaOH 1M Lấy 10 ml mẫu vào bình thuỷ tinh, để bình vào chậu nước lạnh (0 - 10 oC) Thêm 10 ml dung dịch H2SO4 vào bình, lắc để lúc cho nhiệt độ bình cân với nhiệt độ chậu nước Thêm 0,5 ml Brucine-sulfanilic vào bình lắc đều, nhắc bình khỏi chậu nước lạnh cho bình vào chậu nước nóng 100 oC xác 20 phút (chú ý : ngâm bình vào chậu cho nhiệt độ chậu không giảm 2oC) Nếu màu phát triển dãy dung dịch chuẩn khác phải làm lại ý trì nhiệt độ chậu nước nóng không giảm xuống 95 oC Bỏ bình khỏi chậu nước nóng ngâm vào chậu nước lạnh để giảm nhiệt độ xuống 20 - 25 oC Đem so màu với mẫu trắng (mẫu NO3-) bước sóng 410 nm 2.3.7 Xác định mật độ vi sinh Quy trình xác định mật độ vi sinh: • • • - Rung: tách vi sinh vật khỏi vật liệu mang Tách vật liệu mang khỏi dung dịch vừa rung Phá mẫu: Đun cạn dung dịch tránh bị cạn Thêm 20ml HNO3 đun gần cạn, để nguội Thêm cường thủy HCl:HNO3 tỉ lệ 3:1, đun cạn Nếu chưa thấy mẫu cho thêm 2ml HClO Để nguội, lọc mẫu định mức Phân tích tiêu PO43- từ xác định mật độ vi sinh Xác định Phosphat phương pháp axit Vanadomolybdophosphoric (V – M) Hoá chất : - HCl đ - (NH4)6Mo7O24.4H2O - NH4VO3 - KH2PO4 Cách pha : - Dung dịch Vanadat - Molipđat : + Dung dịch A : hoà tan 25 g amoni molipdat, (NH 4)6Mo7O24.4H2O 400 ml nước cất + Dung dịch B : hoà tan 1,25 g amoni vanađat, NH 4VO3 300 ml nước cất, đun sôi, để nguội thêm 330 ml HCl đ Sv: Nguyễn Thị Thuận 37 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Làm mát dung dịch B đến nhiệt độ phòng đổ dung dịch A vào dung dịch B, định mức thành lít với nước cất - Dung dịch Phosphat chuẩn 50 mg PO43- - P/l : hoà tan 219,5 mg KH2PO4 lít nước cất Cách làm : - Dựng đường chuẩn : từ dung dịch phosphat 50 mg PO 43- - P/l pha nồng độ 0,5; 1; 2; 4; 15 mg/l thể tích 25 ml , thêm 10 ml dung dịch Vanađat Molipđat, so màu với mẫu trống (mẫu phosphat) bước sóng 410 nm bảng số liệu biểu thị quan hệ nồng độ mật độ quang Lập đường chuẩn từ bảng số liệu thu - Xác định phosphat mẫu : lấy 25 ml mẫu, thêm 10 ml dung dịch Vanađat - Molipđat, so màu với mẫu trắng (mẫu phosphat) bước sóng 410 nm Sv: Nguyễn Thị Thuận 38 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Hình ảnh vi sinh chụp từ kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 1.7 Ảnh SEM từ vật liệu mang Sv: Nguyễn Thị Thuận 39 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết xử lý amoni vi sinh độ muối khác Thí nghiệm với nguồn nước đầu vào: nồng độ amoni (N-NH 4) ≈ 10 mg/l, độ kiềm (HCO3) = 86 mg/l, pha độ muối từ 15 - 30‰ tuần hoàn lại nước Lấy mẫu đầu vào đầu để kiểm tra NH4+, NO2, NO3 Tiến hành thí nghiệm với thời gian lưu khác nhau: Sau bảng kết xử lý amoni thời gian lưu 3h 2,4h Bảng 4: Bảng số liệu thực nghiệm khảo sát hiệu xử lý nitơ theo lưu lượng 2l/h (lấy kết trung bình) Độ muối 15‰ 20‰ 25‰ 30‰ Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu NH4+ 9.8 0.12 10 0.21 9.8 0.65 9.6 0.73 NO2- 0.17 0.02 0.24 0.06 0.39 0.31 0.56 0.45 NO3- 10.7 13.2 10.4 13.5 9.2 12.4 9.58 12.7 Chỉ tiêu HNH4+ 99% Sv: Nguyễn Thị Thuận 98% 95% 92% 40 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Bảng 5: Bảng số liệu thực nghiệm khảo sát hiệu xử lý nitơ theo lưu lượng nước mặn lưu lượng 2.4 l/h (lấy kết trung bình) Độ muối 15‰ 20‰ 25‰ 30‰ Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu Đầu vào Đầu NH4+ 10 0.34 9.5 0.5 9.5 0.76 9.2 1.0 NO2- 0.19 0.04 0.2 0.1 0.33 0.14 0.36 0.14 NO3- 12.8 15.1 10.4 14 13.1 15.5 13 14.4 Chỉ tiêu HNH4+ 97% 95% 92% 89% Ký hiệu: HNH4 – hiệu suất xử lý amoni Từ bảng số liệu ta thấy thời gian lưu 3h 2,4h hiệu xử lý amoni giảm dần theo tăng độ muối, hiệu độ muối 15‰ Nhưng thời gian lưu 3h hiệu xử lý amoni tốt lưu 2,4h 3.2 Đánh giá ảnh hưởng độ muối lên khả oxi hóa amoni vi sinh Vi sinh vật chuyển hóa amoni môi trường nước mặn nước giống chất, nhiên khả chuyển hóa chúng hai môi trường khác ảnh hưởng độ muối làm ức chế hoạt tính vi sinh Khi độ muối tăng, hoạt tính vi sinh giảm làm giảm khả xử lý hệ thống xử lý Kết nghiên cứu thể hình sau: Sv: Nguyễn Thị Thuận 41 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Ts 3h Ts ‰ KH: Ts – thời gian lưu (h) ‰ – độ muối % - Hiệu suất xử lý amoni Hình 1.8 Đồ thị so sánh hiệu suất xử lý nitơ nồng độ muối khác với thời gian lưu 3h 2,4h Đúng dự đoán theo lý thuyết, hiệu suất khử nitơ giảm dần tăng nồng độ muối Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng nồng độ muối đến hoạt tính vi sinh khoảng nồng độ khác Hoạt tính vi sinh giảm nhẹ tăng độ muối khoảng từ 15 - 20‰, giảm mạnh khoảng từ 25 - 30‰ Ảnh hưởng độ muối đến tích lũy nitrit nitrat  Sự tích lũy nitrit: Nitrit sinh từ trình oxi hóa amoni giai đoạn chủng vi sinh nitrosomonas bị hai trình, thứ nitrit bị oxi hóa thành nitrat chủng vi sinh nitrobacter, thứ hai nitrit bị khử thành khí nitơ trình anamox Khi yếu tố ức chế đến phát triển vi sinh tốc độ phát triển chủng vi sinh nitrosomonas chậm chủng nitrobacter Do không Sv: Nguyễn Thị Thuận 42 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường có tích lũy nitrit điều kiện hoạt động bình thường Khi có yếu tố ức chế đến phát triển hai chủng vi sinh trên, tác động ức chế lên hai chủng vi sinh tích lũy nitrit Sự tích lũy nitrit xảy yếu tố ức chế tác động lên hai chủng vi sinh nitrobacter chủng vi sinh trình anamox mạnh chủng vi sinh nitrosomonas Nhìn vào bảng kết cho thấy nồng độ muối 15‰ 20‰, nitrit không tích lũy Tuy nhiên nồng độ muối 25‰ 30‰ tích lũy nitrit tăng lên rõ rệt Điều giải thích sau: Muối yếu tố ức chế đến phát triển chủng vi sinh trên, nhiên nồng độ muối thấp (15 - 20‰ ảnh hưởng độ muối lên chủng vi sinh khác chưa rõ rệt, tốc độ phát triển chủng vi sinh tiêu thụ nitrit lớn chủng vi sinh oxi hóa amoni thành nitrit, nồng độ muối tăng lên (25 - 30‰) khác biệt mức độ ảnh hưởng rõ ràng, cụ thể hai chủng vi sinh tiêu thụ nitrit bị ức chế mạnh chủng vi sinh oxi hóa amoni Điều gây tích lũy nitrit độ muối tăng kết thực nghiệm  Sự tích lũy nitrat: Cũng tương tự nitrit, nồng độ nitrat bình phản ứng phụ thuộc vào hai trình, thứ nitrat sinh từ trình oxi hóa nitrit chủng vi sinh nitrobacter bị trình khử nitrat chủng vi sinh Denitrifier Một đặc tính quan trọng chủng vi sinh Denitrifier hoạt động điều kiện thiếu khí (không có oxi) Vì khử nitrat cần tạo vùng môi trường thiếu khí môi trường hiếu khí Đây khó khăn muốn khử nitrat hệ thống hiếu khí Do phản ứng oxi hóa chất khử sử dụng nitrat la chất oxi hóa có lượng thấp sử dụng oxi Đây nguyên nhân phát triển chậm chủng vi sinh Denitrifier so với chủng vi sinh nitrobacter Dẫn tới hiệu suất loại bỏ nitrat thường tích lũy nitrat thường không tránh khỏi Theo số liệu thí nghiệm ba nồng độ muối, nhìn chung nitrat có tích lũy lượng nitrat tích lũy tỉ lệ nghịch với thời gian lưu tỉ lệ thuận với nồng độ muối Khi thời gian lưu tăng lên tích lũy nitrat giảm ngược lại, độ muối tăng lên nitrat tích lũy mạnh Sv: Nguyễn Thị Thuận 43 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã nuôi tạo điều kiện thích nghi thành công cho chủng vi sinh xử lý nitơ Khảo sát ảnh hưởng độ muối đến khả xử lý amoni nước nuôi thủy sản Qua hình 4.7 ta thấy: Hiệu suất khử nitơ giảm dần tăng nồng độ muối Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng nồng độ muối đến hoạt tính vi sinh khoảng nồng độ khác Hoạt tính vi sinh giảm nhẹ tăng độ muối khoảng từ 15 đến 200/00, giảm mạnh khoảng từ 25 đến 300/00 Đặc biệt thời gian lưu 2h độ muối ảnh hưởng đền hoạt tính vi sinh Như nồng độ muối cao khả xử lý Nitơ giảm Tuy nhiên thời gian lưu tăng lên hạn chế ảnh hưởng nồng độ muối Kết thí nghiệm ứng dụng cho xử lý nước nuôi giống thủy sản nồng độ khác Kiến nghị Mục đích báo cáo nghiên cứu xử lý nước nuôi trồng thủy sản đạt yêu cầu chất lượng để thải môi trường tuần hoàn lại nước nuôi, nhiên số vấn đề tồn tại: Chưa có điều kiện chạy mẫu nước thực tế thời gian kinh phí nghiên cứu hạn chế • Cần nghiên cứu trình khử nitrat để trình xử lý hoàn thiện • Cần khảo sát thêm yếu tố ảnh hưởng đến khả xử lý nito nước nuôi thủy sản ảnh hưởng kích thước vật liệu mang, nhiệt độ, pH, • Sv: Nguyễn Thị Thuận 44 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO APHA, AWWA and WEF Standard method for the examinination of water and 10 11 wastewater, 19 th Ed, USA Lê Văn Cát, 2007 Xử lý chất thải giàu nitơ phôtpho, NXB KHTN Công Nghệ, Hà Nội Lê Văn Cát Hấp phụ trao đổi ion nước nước thải Lê Văn Cát, Đỗ Thị Hồng Nhung, Ngô Ngọc Cát Nước nuôi thủy sản, chất lượng giải pháp cải thiện chất lượng, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Lê Văn Cát Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý nước Nguyễn Thị Diệu Cẩm, Nghiên cứu xử lý amoni nước nuôi trồng thủy sản phương pháp sinh học, luận văn thạc sĩ, đại học Khoa học Tự nhiênĐHQG HN, 2007 Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng, 2000 Boyd C.E & Tuker C.S (1992), Water quality and pond soil analysis for aquaculture , Aburn University, Alabana M Henze, P Harremoes Wastewater treatment Biological and chemical process http://www.kilobooks.com/showthread.php?t=140008&referrerid=417027 http://xulymoitruong.com/xu-ly-nuoc-thai-nuoi-tom-1577/ PHỤ LỤC Nhật ký thực tập Thời gian Sv: Nguyễn Thị Thuận Công việc 45 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Tuần Khoa Môi trường Đọc tài liệu, tiến hành nuôi vi sinh Tiến hành cho chảy bình phản ứng 20‰ Tuần Phân tích mẫu đầu vào đầu thông số NH 4+, NO3, NO2, độ kiềm, pH, COD Tiến hành cho chảy bình phản ứng 15‰ Tuần Tuần Tuần Phân tích mẫu đầu vào đầu thông số NH 4+, NO3, NO2, độ kiềm, pH, COD Theo dõi bình phản ứng lấy mẫu kiểm tra hàng ngày thông số Tiến hành cho chảy bình phản ứng 25‰ 30‰ Phân tích mẫu đầu vào đầu Cho vi sinh ăn hàng ngày Tuần 6, 7, Phân tích mẫu từ bình phản ứng Phân tích mật độ vi sinh Danh mục bảng biểu Trang Bảng 1: Giá trị độ hấp thụ quang tương ứng với nồng độ 28 Bảng 2: Giá trị cường độ hấp thụ quang tương ứng với nồng độ nitrit 31 Bảng 3: Giá trị cường độ hấp thụ quang tương ứng với nồng độ nitrat 33 Danh mục hình đồ thị Trang Sv: Nguyễn Thị Thuận 46 ĐH Tài nguyên Môi trường Hà Nội Khoa Môi trường Hình 1.1 Chu trình nitơ Hình 1.2: Mô hình công nghệ xử lý màng vi sinh tầng chuyển động .19 Hình 1.3: Sơ đồ thí nghiệm 20 Hình 1.4: Đường chuẩn xác định amoni theo phương pháp Phenat .29 Hình 1.5: Đường chuẩn xác định nitrit 31 Hình 1.6: Đường chuẩn xác định nitrat theo phương pháp Brucine .33 Hình 1.7 Ảnh SEM từ vật liệu vi sinh 36 Hình 1.8 Đồ thị so sánh hiệu suất xử lý nitơ nồng độ muối khác với thời gian lưu 3h 2,4h 39 Sv: Nguyễn Thị Thuận 47 [...]... tiềm năng sử dụng kỹ thuật này rất lớn 1.5.2.5 Kỹ thuật tầng chuyển động Tầng chuyển động cũng sử dụng vật liệu mang có kích thước thích hợp để cố định vi sinh vật Các vi sinh vật bám dính trên các màng vi sinh gọi là chất mang Các chất mang này có diện tích bề mặt lớn là điều kiện tốt để các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển Để giữ cho trạng thái chuyển động của vật liệu lọc, ngoài biện pháp sử dụng. .. đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao mà vẫn đạt hiệu quả xử lý như mong muốn Do đó trong bài báo cáo này tôi đi sâu nghiên cứu xử lý amoni bằng kỹ thuật vi sinh tầng chuyển động 1.6 Ảnh hưởng của chất lượng nước đến nuôi trồng thủy sản Chất lượng nước nuôi trồng thủy sản được đặc trưng qua một tập hợp các thông số: nhiệt độ, pH, độ muối, độ kiềm, oxy hòa tan, cacbon dioxit, độ cứng, ammoniac, amoni, nitrit,... phạm vi và mục tiêu nghiên cứu a Đối tượng Chủng giống vi sinh vật có khả năng chuyển hóa hợp chất N, ở nồng độ muối khác nhau, các nguyên liệu hữu cơ chứa N b Phạm vi nghiên cứu Phòng thí nghiệm và trong nhà kính c Mục tiêu nghiên cứu  Dài hạn: Nghiên cứu khả năng xử lý amoni của vi sinh trong môi trường nước mặn bằng phương pháp tầng vi sinh chuyển động (Moving Biofilm Bed Reactor)  Trước mắt: Khảo... hòa tan 1.5.2 Các kỹ thuật xử lý hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp sinh học Để xử lí nguồn ô nhiễm chứa các hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp sinh học có nhiều kĩ thuật nhưng một số kĩ thuật thường được sử dụng như là hệ lọc sinh học, kĩ thuật nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, lọc tầng tĩnh, tầng chuyển động 1.5.2.1 Hệ lọc sinh học Hệ lọc sinh học có đặc trưng quan trọng nhất là vi sinh vật bám vào... mang, tạo thành màng vi sinh Màng sinh học là lớp màng chứa các vi sinh vật bám vào chất rắn khá chặt để không bị bong ra Thời gian lưu thủy lực (tiếp xúc) với nước ngắn nên vi sinh vật tự do trong nước ít có cơ hội khuếch tán vào sâu bên trong màng vi sinh, dễ bị rửa trôi theo dòng chảy Yếu điểm của kĩ thuật lọc sinh học là hiệu quả xử lí không cao vì trước khi cơ chất được vi sinh vật sử dụng đã xảy... diện tích tới 9290 m 2 Đặc điểm nổi trội nhất của loại hình kĩ thuật xử lý đĩa quay sinh học là tiết kiệm năng lượng 1.5.2.4 Kỹ thuật tầng linh động Kỹ thuật tầng linh động hay lưu thể sử dụng vật liệu mang có kích thước nhỏ, thường là cát với kích thước 0.5 mm, vật liệu này chuyển động hỗn loạn trong nước Nhờ có diện tích bề mặt lớn, vi sinh có điều kiện bám dính và phát triển trên đó với tốc độ cao... Sử dụng một số loại màng thích hợp : màng nano, màng thẩm thấu ngược hay điện thẩm tích cũng tách được các hợp chất nito đồng thời với các hợp chất khác Hiệu quả xử lý và giá thành của từng phương pháp rất khác nhau và khả năng sử dụng từng phương pháp còn phụ thuộc vào nồng độ của nitơ (amoni) trong nước Nồng độ amoni trong nước thải không cao, nhỏ hơn 100mgN/l như trong nước thải sinh hoạt hoặc nước. .. trình xử lí nước thải gồm vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh, động vật, thực vật bậc thấp và siêu vi khuẩn (vi rút) Vi sinh vật là dạng cơ thể sống trải qua các giai đoạn: sinh ra, lớn lên và chết đi Để sinh sản và phát triển chúng cần có nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng (có sẵn trong nước thải hoặc bổ sung thêm) cùng một loạt điều kiện khác từ môi trường Các vi khuẩn thường sử dụng trong xử lí nước. .. lợi - Nước thải có nổng độ amoni cao, lớn hơn 5000 mgN/l có thể xử lí theo phương pháp hóa lý sẽ thuận lợi cả về kỹ thuật và kinh tế Đã có hệ thống công nghiệp được xây dựng để xử lí nước thải chứa 1,5 % NH 3 bằng phương pháp sục khí nóng để bốc hơi amoni và thu hồi NH3 từ pha khí Cho tới nay phương pháp sinh học được sử dụng rộng rãi hơn các phương pháp khác 1.5 Kỹ thuật xử lý hợp chất chứa nitơ bằng. .. hữu cơ, NH4+, NO3-, NO2- Do trong nước nuôi trồng thủy sản chứa lượng lớn thức ăn thừa, phân và chất bài tiết của thủy sản được vi sinh vật phân hủy thành amoniac (NH 4+ và NH3) Hàm lượng amoni trong nước thải được kiểm soát cẩn thận, vì amoni gây độc cao đối với tôm cá Amoni tồn tại ở 2 dạng khác nhau trong nước là NH 4+ và NH3 Hai dạng này cùng tồn tại trong nước và chuyển từ dạng này sang dạng khác ... báo cáo thực tập xin trình bày vấn đề: Đánh giá khả xử lý amoni kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động nhằm mục đích tái sử dụng nước nuôi trồng thủy sản Sv: Nguyễn Thị Thuận ĐH Tài nguyên... ngành sản xuất nuôi trồng thủy sản phát triển bền vững vi c xử lý tái sử dụng nước thải từ trại nuôi giống nhu cầu cần thiết Ngoài tái sử dụng nước nuôi thủy sản mang lại lợi ích kinh tế sở nuôi. .. nhiên tiềm sử dụng kỹ thuật lớn 1.5.2.5 Kỹ thuật tầng chuyển động Tầng chuyển động sử dụng vật liệu mang có kích thước thích hợp để cố định vi sinh vật Các vi sinh vật bám dính màng vi sinh gọi