- Cuống nang và nang bào tử của Mucor sp.
NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU NHĨM VI KHUẨN anammo
TỪ BÙN HOẠT TÍNH KỴ KHÍ CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC RỈ RÁC
Lê Cơng Nhất Phương, Nguyễn Xuân Hoàn, Ngơ Kế Sương
ViệnSinh họcNhiệt đới
Kenji Furukawa, Phạm Khắc Liệu
Kumamoto Universty, Japan,
Takao FuJii
Sojo Universty, Japan
MỞ ĐẦU
Năm 1995, một phản ứng chuyển hĩa nit ơ mới chưa từng được biết đến trước đĩ về cả lý thuyết và thực nghiệm đã được phát hiện. Đĩ là phản ứng oxy hĩa kỵ khí ammonium (Anaerobic Ammonium O xidation, viết tắc là anammox) - trong đĩ ammonium được oxi hĩa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, khơng cần cung cấp chất hữu cơ, để tạo thành nitơ phân tử (Strouss và cs., 1995). Sự phát hiện phản ứng anammox đã mở ra các hướng phát triển kỹ thuật xử lý nit ơ mới, đặc biệt là đối với các nước thải cĩ hàmlượng nitơ cao. Trong vịng 2 thập niên qua, đã bùng nổ các nghiên cứu liên quan đến anammox và ứng dụng của nĩ. Trên bình diện lý thuyết, chu trình nitơ tự nhiên trong sách giáo khoa đãđược bổ sung một mắt xích mới, cịn trên bình diện cơng nghệ, đã cĩ nhà máy xử lý nitơ phi truyền thống được xây dựng và vận hành.
Như đã nĩiở trên, phản ứng anammox đãđược xác nhận là sự oxy hĩa ammonium bởi nitrit, phản ứng hĩa học đ ơn giản với tỉ lệ mol NH4+ : NO2- = 1:1.32 như ở phương trình dưới đây:
NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3-+ 0.13 H+
1.02 N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O
Một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn anammox:Anammox được biết cĩ thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 20 đến 430C (tối ưu ở 400C), pH 6.4 - 8.3 (tối ưu ở pH 8.0). Ở điều kiện tối ưu, tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng cực đại là 55 mol NH4-N/g protein/min. Ái lực với các cơ chất amơni và nitrit rất cao (hằng số ái lực d ưới 10 M). Ở nộng độ 100mM, amơniac và nitrat khơng ức chế bởi nitrit ở nồng độ trên 20mM. Khi tiếp xúc với nồng độ nitrit trên 5mM trong thời gian dài (12h), hoạt tính anammox bị mất hoàn tồn. Tuy nhiên hoạt tính sẽ được hồi phục khi thêm lượng vết (50 M) một trong các sản phẩm trung gian của phản ứng anammox là hydrazin hay hydrolamin. Hoạt tính anammox bị ức chế hoàn tồn ở nồng độ oxy trên 0.5% bão hồ khơng khí ( Strous et al., 1999).
Bảng 1: Một số đặc tr ưng sinh lý của vi khuẩn và phản ứnganammox
Thơng số Đơn vị Anammox
NH4+ + +NO2 - N2 AOB NH+4 + O2 NO-2 G0 kJ/mol -357 -275 Y mol-C/mol-N 0.066 0.08
qmax hiếu khí nmol/min/mg/protein 0 200 – 600
qmaxkỵ khí nmol/min/mg/protein 60 2 max /h 0.003 0.04 DT ngày 10.6 0.73 Ks(NH4 + ) M 5 5 – 2600 Ks (NO2 - ) M <5 K.A Ks (O2) M K.A 10-50
Chú thích: G0- năng lượng tự do, Y - hiệu suất tạo sinh khối, qmax- hoạt tính cực đại, mmax- tốc độ sinh trưởng cực đại, DT - thời gian nhân đơi, Ks- hệ số ái lực, K. A: khơng áp dụng. (Nguồn: Jetten et al., 2001).
Trong nghiên cứu này chúng tơi dựa vào phương trình phản ứng trên để khảo sát trong các loại bùn kỵ khí và hiếu khí ở các hệ thống xử lý n ước thải cĩ nồng độ ammonium cao như bùn kh ị khí ở bể UASB của hệ thống xử lý nước thải chăn nuơi heo, bùn kỵ khí ở bể UASB của hệ thống xử lý n ước thải nước rỉ rác, bùn hiếu khí ở bể hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải chế biến thuỷ hải sản, cĩ tồn tại nhĩm vi sinh Anammox khơng?. Trong bài viết này chúng tơi chỉ nghiên cứu làm giàu bùn kỵ khí của hệ thống xử lý nước rỉ rác để oxy hố kỵ khí ammonium (anammox) cĩ nồng độ cao.
VẬT LIỆU VÀPHƯƠNG PHÁP1. Mơ hình 1. Mơ hình
Giai đoạn I: Giai đoạn thích nghi của bùn được thực hiện theo mẻ trong 90 ngày trong một cột hình trụ cĩ đường kính 500mm, chiều cao 400mm, thể tích chứa 20 lít dung dịch.
Giai đoạn II: Giai đoạn tích luỹ làm giàu nhĩm vi khuẩnanammox cĩ thời gian vận hành trong thời gian 240 ngày trong cột hình trụ cĩ thể tích là 10 lít (đường kính 100mm và chiều cao 1000mm)
Giai đoạn III: Giai đoạn vận hành nước rĩ rác thật, nước rỉ rác lấy từ bãi rác Động Thạnh Quận 12, TpHCM, sau tháp UASB với thời gian vận hành là 60 ngày
2. Bùn hoạt tính kỵ khí
Bùn được lấy ở bể UASB từ trạm xử lý n ước thải nước rỉ rác tại bãi rác Đơng Thạnh, Quận 12, Tp. HCM. đặc điểm của nước rỉrác cĩ thành phần được trình bày dưới bảng sau đây:
Bảng 2: Tính chất n ước rỉ rác Đơng Thạnh STT Các chỉ tiêu Đơn vị Hồ số 6 Hồ số 7 1 pH - 7,38 – 8,3 7,8 – 8,4 2 COD m/l 900 – 1700 1600 – 4000 3 BOD5 m/l 150 - 400 384 – 1100 4 TSS m/l 120 - 200 125 – 640 5 Tổng N m/l 380 - 812 450 – 1450 6 N-NH3 m/l 350 - 720 400 – 1360 7 Tổng P m/l 6 – 25 10 – 31 8 Coliform Khuẩn lạc/100ml 2.106– 40.106 5.106– 40.106
Qua kết quả thể hiện bảng trên ta cĩ thể thấy tỉ lệ BOD/COD khoảng 0,15 - 0,25 biểu thị khả năng phân hủy sinh học kém, N tổng cao 400 - 1400mg/l, N-NH4 từ 340 - 1300mg/l chiếm hơn 90% N tổng. Ngoài ra cịn một số muối vơ cơ (SO42-, CO32-, Cl- …), các kim loại (Cu, Fe, Mn, Zn, Pb, Cd …) và một số chất hữu cơ như protein, lignin, các chất hữu cơ hịa tan, dầu, mỡ, cenlulozơ, các hidrocarbon m ạch vịng, acid humic, acid fuvic... Cùng với màu nước đen kịt bởi sự tồn tại của FeS, acid humic, humat sắt, hơn nữa nước rỉ rác cịn bốc mùi nồng nặc do sự phân hủy yếm khí các thành phần hữu cơ tạo thành H2S, NH3, hợp chất mercaptan, CH4.