Đề tài Xử lí Phospho trong nước thải chăn nuôi heo bằng phương pháp sinh học

MÔÛ ÑAÀU Trong quaù trình nghieân cöùu ñeà taøi “Xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo baèng phöông phaùp sinh hoïc”. Em ñaõ tham khaûo moät soá taøi lieäu trong vaø ngoaøi nöôùc vaø nhaän thaáy raèng: Khi nöôùc thaûi chöùa caùc hôïp chaát höõu cô cacbon, nitô, phospho vôùi noàng ñoä cao, sau khi söû lí sinh hoïc bình thöôøng giaûm ñöôïc 98 – 100% löôïng BOD vaø 30 – 40% löôïng nitô vaø khoaûng 30% löôïng phospho coøn laïi laø 60% nitô vaø 70% löôïng phospho ñi ra khoûi coâng trình xöû lí. Neáu haøm löôïng N > 30 (mg/l), P > 6 (mg/l), xaûy ra hieän töôïng phuù döôõng. Nghóa laø N, P taïo nguoàn thöùc aên cho rong reâu, taûo vaø vi sinh vaät trong nöôùc phaùt trieån, laøm baån trôû laïi nguoàn nöôùc,vì caùc thaønh phaàn (nhieät ñoä, aùnh saùng, khí cacbonic, nitô, phospho laø moät loaït caùc nguyeân toá vi löôïng). Vì vaäy vieäc khöû phospho ñeán döôùi noàng ñoä cho pheùp tröôùc khi xaû ra nguoàn tieáp nhaän laø raát caàn thieát. Trong caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi, caùc vi sinh vaät hieáu khí vaø kî khí ñoùng moät vai troø quan troïng trong vieäc choïn coâng ngheä vaø thieát bò xöû lyù. Theo quan ñieåm töø tröôùc ñeán nay, chuùng phaûi ñöôïc cho vaøo hai moâi tröôøng khaùc nhau ôû hai ñieàu kieän khaùc nhau trong hai thieát bò phaûn öùng khaùc nhau ñeå thöïc heän toát vai troø cuûa mình. Maõi ñeán nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc nhaø coâng ngheä sinh hoïc ñaõ “gheùp ñoâi” thaønh coâng hai loaïi vi khuaån hieáu khí, kî khí vaø ñieàu naøy laø moät böôùc ñoät phaù quan troïng coù yù nghóa raát lôùn ñeán söï phaùt trieån cuûa ngaønh coâng ngheä sinh hoïc noùi chung vaø kyõ thuaät moâi tröôøng noùi rieâng. Khi cuøng soáng chung trong moät moâi tröôøng nhö vaäy, ngöôøi ta nhaän thaáy raèng thöùc aên yeâu thích cuûa chuùng laø nöôùc thaûi giaøu ammonium. Ñaây laø moät döõ lieäu raát toát ñeå phaùt trieån moät kyõ thuaät môùi cho vieäc xöû lyù nöôùc thaûi giaøu ammonium tieát kieäm vaø hieäu quaû hôn. Cho ñeán nay, caùc nhaø vi sinh vaät hoïc vaån nghó raèng Anammox kî khí vaø vi khuaån Nitrosomonas hieáu khí khoâng theå soáng chung trong moät thieát bò phaûn öùng. Nhöng ôû noàng ñoä oxy raát thaáp vaø moät löôïng N-NH4 dö thì hai loaïi naøy coù theå soáng chung ñöôïc. Khaùm phaù naøy cuûa nhaø vi sinh vaät hoïc DELFT ñöôïc goïi laø Canon (Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite) coù nghóa laø quaù trình loaïi boû hoaøn toaøn nitô töï döôõng coù söï tham gia cuûa nitrit. Nhöng song song theo ñoù thì löôïng phospho cuõng giaûm moät löôïng raát ñaùng keå. Chính vì vaäy maø em quyeát ñònh thieát keá moät moâ hình xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo theo nguyeân taéc haáp thu noäi vaø ngoaïi baøo bôûi caùc nhoùm vi khuaån ñaõ neâu treân. Chöông 1: TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU 1.1. Ñaëc ñieåm chaát thaûi chaên nuoâi heo Chaát thaûi chaên nuoâi laø nguoàn oâ nhieãm quan troïng ñoái vôùi moâi tröôøng soáng cuûa ngöôøi vaø gia suùc, vì ngoaøi caùc thaønh phaàn gaây oâ nhieãm trong chaát thaûi thì khi caùc hôïp chaát höõu cô trong chaát thaûi ñöôïc phaân giaûi taïo nhöõng khí boác muøi khoù chòu, tuï taäp ruoài nhaëng ñeán laøm maát veä sinh moâi tröôøng, ñaëc bieät khi coù gia suùc maéc beänh thì ñaây laø nguoàn lan truyeàn dòch beänh vaø giun saùn nguy hieåm cho ngöôøi vaø gia suùc. Chaát thaûi chaên nuoâi ñöôïc ñaëc tröng veà khoái löôïng vaø thaønh phaàn, hieåu bieát veà ñaëc tính chaát thaûi giuùp ta xaùc ñònh heä thoáng xöû lyù thích hôïp vaø hieäu quaû. 1.1.1. Khoái löôïng chaát thaûi chaên nuoâi heo Khoái löôïng chaát thaûi trong chaên nuoâi raát lôùn. Theo (Ioehr, 1970) saûn phaåm cuûa chaát thaûi gia suùc lôùn hôn ngöôøi theo tæ leä sau: BOD 5/1, Ntoång 7/1, TS 10/1. Baûng 1: Löôïng phaân vaø nöôùc tieåu gia suùc trong moät ngaøy (Hill vaø Toler, 1974) Loaïi gia suùc Löôïng phaân (kg/ngaøy) Löôïng nöôùc tieåu (kg/ngaøy) Boø 15,0 – 20,0 6,0 – 10,0 Heo < 10 kg 0,5 – 1,0 0,3 – 0,7 Heo 15-45 kg 1,0 – 3,0 0,7 – 2,0 Heo 45-100 kg 3,0 – 5,0 2,0 – 4,0 Gaø, vòt 0,02 – 0,05 – Khoái löôïng chaát thaûi chaên nuoâi thaûi ra tuøy thuoäc vaøo gioáng, tuoåi, khaåu phaàn thöùc aên (nhieàu xô hay tinh boät) vaø theå troïng. Rieâng vôùi heo, löôïng phaân vaø nöôùc tieåu taêng theo theå troïng. Neáu tính trung bình treân theå troïng cô theå thì öôùc tính löôïng phaân moãi ngaøy laø: Baûng 2: Löôïng phaân caùc loaïi gia suùc, gia caàm thaûi ra moãi ngaøy tính treân phaàn traêm tæ troïng (Lochr, 1984) Loaïi gia suùc Heo Boø söõa Boø thòt Gaø Löôïng phaân moãi ngaøy (% tæ troïng) 6 – 8 7 – 8 5 – 8 5 Ngoaøi phaân vaø nöôùc tieåu gia suùc, thì khoái löôïng chaát thaûi cuõng taêng leân do söï ñoùng goùp ñaùng keå töø nöôùc röûa chuoàng, taém gia suùc, thöùc aên thöøa. Vì vaäy, vôùi khoái löôïng chaát thaûi lôùn nhö treân neáu ñöôïc söû duïng hôïp lyù, xöû lyù hieäu quaû thì seõ mang laïi giaù trò kinh teá cao, nhöng ngöôïc laïi khoâng theå kieåm soaùt thì ñaây laø nguoàn oâ nhieãm moâi tröôøng ñaùng quan taâm. 1.1.2. Caùc thaønh phaàn cuûa chaát thaûi chaên nuoâi heo Chaát thaûi chaên nuoâi bao goàm phaân vaø nöôùc tieåu gia suùc, nöôùc veä sinh chuoàng traïi, nöôùc taém röûa gia suùc, caùc nguyeân lieäu chaên nuoâi dö thöøa (thöùc aên thöøa, thöùc aên maát phaåm chaát). 1.1.2.1. Thaønh phaàn cuûa phaân Phaân laø chaát lieäu töø trong khaåu phaàn thöùc aên maø cô theå gia suùc khoâng söû duïng hay khoâng tieâu hoùa ñöôïc vaø thaûi ra ngoaøi cô theå. - Laø nhöõng döôõng chaát khoâng tieâu hoaù ñöôïc hoaëc nhöõng döôõng chaát thoaùt khoûi söï tieâu hoùa vi sinh hay caùc men tieâu hoùa (chaát xô, protein khoâng tieâu hoùa ñöôïc, . . .). Caùc khoaùng chaát dö thöøa cô theå khoâng söû duïng nhö P2O2, K2O,… phaàn lôùn xuaát hieän trong phaân. - Caùc thöùc aên boå sung: thuoác kích thích taêng tröôûng (thöôøng chöùa ñoàng, keõm), caùc khaùng sinh hay men. - Caùc chaát caën baõ cuûa dòch tieâu hoùa ( trypsin, pepsin, … ) - Caùc moâ troùc ra töø nieâm maïc oáng tieâu hoùa vaø chaát nhôøn thì theo phaân. - Vaät chaát dính vaøo thöùc aên ( buïi, tro,...). - Caùc loaïi vi sinh bò nhieãm trong thöùc aên hay trong ruoät ñöôïc toáng ra ngoaøi. + Thaønh phaàn phaân gia suùc phuï thuoäc: Ÿ Cheá ñoä dinh döôõng cuûa gia suùc: neáu coù söï thay ñoåi haøm löôïng caùc thaønh phaàn muoái khoaùng nhö protein, carbonhydrate, natri, canxi, magie, caùc muoái phospho,... vaø thöùc aên boå sung (ñoàng, keõm, khaùng sinh, men) trong caùc khaåu phaàn seõ laøm thay ñoåi noàng ñoä nhöõng nguyeân toá naøy vaø thay ñoåi khaû naêng phaân huûy caùc chaát höõu cô trong phaân (Tröông Thanh Caûnh, 1998). Ÿ Chuûng loaïi: do khaû naêng tieâu hoaù khaùc nhau Ÿ Giai ñoaïn taêng tröôûng: gia suùc trong thôøi kyø taêng tröôûng thì nhu caàu söû duïng döôõng chaát caøng nhieàu thì phaân seõ ít döôõng chaát vaø ngöôïc laïi. Baûng 3: Thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa phaân heo töø 70 – 100 kg (Tröông Thanh Caûnh vaø coäng taùc vieân, 1997-1998) Ñaëc tính Ñôn vò Giaù trò Vaät chaát khoâ g/kg 213 – 342 NH4 – N g/kg 0,66 – 0,76 Ntoång g/kg 7,99 – 9,32 Tro g/kg 32,5 – 93,3 Chaát xô g/kg 151 – 261 Carbonates g/kg 0,23 – 2,11 Caùc acid beùo maïch ngaén g/kg 3,83 – 4,47 pH 6.47 – 6.95 Thaønh phaàn cuûa phaân heo chuû yeáu laø nöôùc (56 – 83%) vaø caùc chaát höõu cô, ngoaøi ra coøn coù caùc chaát dinh döôõng N, P, K döôùi daïng caùc hôïp chaát höõu cô vaø voâ cô. Phaân heo noùi chung ñöôïc xeáp vaøo phaân loûng hoaëc hôi loûng (TS = 8 -12% khoái löôïng phaân). Ngoaøi ra trong phaân heo coøn chöùa nhieàu loaïi vi khuaån, virus vaø tröùng kyù sinh truøng. Trong ñoù coù vi truøng thuoäc hoï Enterobacteriacea chieám ña soá caùc gioáng ñieån hình nhö Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella… Keát quaû nghieân cöùu cuûa Chang,1968 vaø Mosley & Koff, 1970 cho thaáy nhieàu loaïi virus gaây beänh ñöôïc ñaøo thaûi qua phaân vaø soáng soùt vôùi thôøi gian töø 5-15 ngaøy trong phaân vaø ñaát, ñaùng löu yù nhaát laø virus gaây beänh vieâm gan Rheovirus, Adenovir. Theo caùc nghieân cöùu cuûa G.V. Xoxibarov, 1994 vaø R. Alexandrenus cuøng coäng taùc vieân cho thaáy trong 1kg phaân coù theå chöùa 2100 – 5000 tröùng giun saùn chuû yeáu goàm caùc loaïi sau 39 - 83% Ascaris suum, 60 - 68.7% laø Oesophagostomum, 47 - 58.3% laø Trichocephalus. Toùm laïi, moãi loaïi maàm beänh coù moät hoùa trò sinh thaùi rieâng, ñieàu kieän thuaän lôïi cho moãi loaïi toàn taïi phaùt trieån vaø gaây haïi phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän töï nhieân nhö löôïng möa, nhieät ñoä, aùnh saùng, keát caáu ñoä aåm cuûa ñaát phaân vaø moâi tröôøng xung quanh. 1.1.2.2. Thaønh phaàn nöôùc tieåu Thaønh phaàn nöôùc tieåu gia suùc chuû yeáu laø nöôùc chieám treân 90% toång khoái löôïng nöôùc tieåu, moät löôïng lôùn nitô (phaàn lôùn döôùi daïng ureâ) vaø phospho. Ñaëc bieät, ureâ trong nöôùc deã phaân huûy trong ñieàu kieän coù oxy. Do ñoù, khi ñoäng vaät baøi tieát ra ngoaøi chuùng deã daøng phaân huûy taïo thaønh ammoniac gaây muøi hoâi, nhöng neáu duøng ñeå boùn cho caây troàng thì ñaây laø nguoàn phaân boùn giaøu nitô, phospho vaø kali. Baûng 4: Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa nöôùc tieåu heo coù troïng löôïng töø 70-100 kg (Tröông Thanh Caûnh vaø coäng taùc vieân, 1997-1998) Chæ tieâu Ñôn vò Giaù trò Ph 6,77 – 8,19 Vaät chaát khoâ g/kg 30,9 – 35,9 NH4+ g/kg 0,13 – 0,4 Ntoång g/kg 4,90 – 6,63 Tro g/kg 8,5 – 16,3 Ureâ g/kg 123 – 196 Carbonate g/kg 0,11 – 0,19 1.1.2.3. Thaønh phaàn nöôùc thaûi chaên nuoâi Nöôùc tieåu, nöôùc röûa chuoàng vaø nöôùc taém gia suùc taïo neân khoái löôïng nöôùc thaûi raát lôùn. Nöôùc thaûi chaên nuoâi chöùa chaát raén lô löûng, chaát höõu cô, nitô, phospho vaø caùc thaønh phaàn khaùc, ñaëc bieät laø caùc vi sinh vaät gaây beänh. Trong thaønh phaàn ñoùng goùp vaøo nöôùc thaûi chaên nuoâi, coù theå noùi ñeán nöôùc phaân chuoàng, laø nöôùc töø caùc ñoáng phaân chuoàng chaûy ra, phaàn lôùn laø nöôùc tieåu gia suùc coù hoøa laãn nhieàu chaát hoøa tan cuûa phaân ñaëc vaø coù chöùa theâm moät löôïng nöôùc röûa chuoàng, neân nöôùc phaân chuoàng khaù giaøu chaát dinh döôõng deã tieâu vaø coù giaù trò lôùn veà maët phaân boùn. Noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi phuï thuoäc vaøo löôïng thöùc aên rôi vaõi, möùc ñoä thu gom phaân, phöông thöùc thu gom chaát thaûi trong chuoàng hay löôïng nöôùc söû duïng khi veä sinh chuoàng traïi hoaëc taém röûa gia suùc. Baûng 5: Tính chaát nöôùc thaûi chaên nuoâi heo (Tröông Thanh Caûnh vaø coäng taùc vieân, 1997-1998) Chæ tieâu Ñôn vò Noàng ñoä Ñoä maøu Pt – Co 350 – 870 Ñoä ñuïc mg/l 420 – 550 BOD5 mg/l 3500 – 8900 COD mg/l 5000 – 12000 SS mg/l 680 – 1200 Ptoång mg/l 36 – 72 Ntoång mg/l 220 – 460 Daàu môõ mg/l 5 – 58 Nöôùc thaûi coù ñoä aåm töø 95 - 98.5%, trong phaân thaønh phaàn chaát höõu cô chieám 70 - 80% goàm Cellulose, Protide, Acid amin, chaát beùo, carbonhydrate vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng coù trong phaân, thöùc aên thöøa. Haàu heát laø caùc chaát höõu cô deã phaân huûy. Chaát voâ cô chieám 20 - 30% goàm caùt, ñaát, muoái, ureâ, muoái clorua, SO42-. . . caùc hôïp chaát hoùa hoïc trong phaân vaø nöôùc thaûi deã daøng bò phaân huûy. Nöôùc thaûi chaên nuoâi khoâng chöùa caùc chaát ñoäc haïi nhö nöôùc thaûi coâng nghieäp (acid, kieàm, kim loaïi naëng, chaát oxy hoaù, hoaù chaát coâng nghieäp, . . ) nhöng noù chöùa nhieàu loaïi aáu truøng, vi truøng, tröùng aáu truøng giun saùn gaây beänh . . . Theo nghieân cöùu cuûa Nanxera, vi truøng gaây beänh ñoùng daáu Erysipelothrix insidiosa coù theå toàn taïi 92 ngaøy, Brucella 74 - 108 ngaøy, Salmonella 6 - 7 thaùng, Leptospira 5 - 6 thaùng, Virus lôû moàm loâng moùng trong nöôùc thaûi 100 - 120 ngaøy. Caùc loaïi vi truøng nha baøo nhö Bacillus antharacis coù theå toàn taïi hôn 10 naêm, Bacillus tetani 3 - 4 naêm. Tröùng giun saùn vôùi caùc loaïi ñieån hình nhö Fasciola hepatica, Fasciola gigantica, Fasciola buski, Ascaris suum, Oesophagostomum sp, Trichocephalus dentatus coù theå phaùt trieån ñeán giai ñoaïn gaây nhieãm sau 6 - 28 ngaøy vaø toàn taïi 5 - 6 thaùng. Nghieân cöùu cuûa Bonde, 1967 cho thaáy ña soá caùc vi sinh vaät gaây beänh khoâng theå phaùt trieån laâu daøi trong nöôùc thaûi, soá löôïng cuûa chuùng giaûm nhanh trong nhöõng ngaøy ñaàu sau ñoù chaäm daàn. Caùc loaïi vi truøng toàn taïi laâu trong nöôùc ôû vuøng nhieät ñôùi laø Salmonella typhi vaø Salmonella paratyphi, E.coli, Shigella, Vibrio comma gaây beänh dòch taû, nhieàu loaïi vi sinh vaät coù theå toàn taïi vaø phaùt trieån trong caùc loaøi nhuyeãn theå do ñoù taïo nguy cô gaây beänh do taäp tuïc aên soáng soø, oác. 1.1.2. O nhieãm moâi tröôøng do chaát thaûi chaên nuoâi heo Chaát thaûi chaên nuoâi heo vôùi haøm löôïng caùc chaát oâ nhieãm cao nhö: caùc chaát höõu cô deã phaân huûy sinh hoïc, chaát dinh döôõng giaøu nitô, phospho, caùc chaát khoaùng, . . . keøm theo coøn coù caùc vi sinh vaät mang maàm beänh, löôïng chaát thaûi naøy khoâng ñöôïc xöû lyù hôïp lyù seõ gaây taùc ñoäng maïnh meõ ñeán caû ba thaønh phaàn moâi tröôøng ñoù laø moâi tröôøng nöôùc, moâi tröôøng khoâng khí, moâi tröôøng ñaát. Töø ñoù, seõ gaây aûnh höôûng raát lôùn ñeán söùc khoûe cuûa ngöôøi daân soáng trong khu vöïc chaên nuoâi, coâng nhaân vieân cuûa traïi vaø gia suùc. 1.1.2.1. O nhieãm moâi tröôøng ñaát Chaát thaûi chaên nuoâi chöùa löôïng lôùn chaát höõu cô deã phaân huûy sinh hoïc, caùc chaát dinh döôõng giaøu nitô, phospho. Ñaây laø nguoàn phaân boùn giaøu dinh döôõng, nhöng khi boùn tröïc tieáp vaøo ñaát quaù möùc cho pheùp, caây troàng khoâng haáp thuï heát, chuùng seõ tích tuï laïi laøm baõo hoøa hay quaù baõo hoøa chaát dinh döôõng trong ñaát, gaây maát caân baèng sinh thaùi ñaát, thoaùi hoùa ñaát, gaây caùc taùc ñoäng nhö laøm cheát caây, giaûm saûn löôïng caây troàng, ñoàng thôøi taïo ñieàu kieän cho vi sinh vaät öa nitô, phospho phaùt trieån, haïn cheá chuûng loaïi vi sinh vaät khaùc gaây maát caân baèng sinh thaùi ñaát. Theâm vaøo ñoù, moät soá tröôøng hôïp nhö ôû caùc nöôùc chaên nuoâi coâng nghieäp, thöùc aên gia suùc thöôøng boå sung chaát kích thích taêng tröôûng (thaønh phaàn chuû yeáu laø hôïp chaát ñoàng, keõm). Khi caùc chaát naøy ñöôïc thaûi ra cuøng phaân vaø nöôùc tieåu gia suùc, daàn daàn tích tuï thaønh löôïng lôùn trong ñaát, aûnh höôûng ñeán caây troàng vaø cuoái cuøng trôû laïi taùc ñoäng vaøo con ngöôøi. Ngoaøi ra, trong phaân töôi gia suùc chöùa raát nhieàu vi sinh vaät gaây beänh, chuùng coù theå sinh soâi vaø phaùt trieån, toàn taïi raát laâu trong ñaát nhö Salmonella trong ñaát ôû ñoä saâu 50 cm vaø toàn taïi ñöôïc 2 naêm, tröùng kyù sinh truøng cuõng khoaûng 2 naêm. 1.1.2.2. O nhieãm moâi tröôøng nöôùc Chaát thaûi chaên nuoâi khoâng ñöôïc xöû lyù hôïp lyù, laïi thaûi tröïc tieáp vaøo moâi tröôøng nöôùc seõ laøm suy giaûm löôïng oxy hoøa tan do cô cheá töï laøm saïch nhôø vi sinh vaät hieáu khí, caùc vi sinh vaät naøy söû duïng khí oxy ñeå phaân huûy caùc hôïp chaát höõu cô töø phaân vaø nöôùc thaûi chaên nuoâi. Theâm vaøo ñoù, do trong chaát thaûi chaên nuoâi haøm löôïng chaát dinh döôõng cao laïi giaøu nitô, phospho neân deã daøng taïo ñieàu kieän cho taûo phaùt trieån, gaây ra hieän töôïng phuù döôõng hoùa aûnh höôûng raát lôùn ñeán ñôøi soáng sinh vaät thuûy sinh trong nguoàn tieáp nhaän. Ñoàng thôøi, nöôùc laø moâi tröôøng ñaày ñuû caùc ñieàu kieän thuaän lôïi cho quaù trình sinh soâi phaùt trieån caùc vi sinh vaät gaây beänh voán hieän dieän trong phaân lôïn raát nhieàu. Ñaëc bieät nghieâm troïng hôn, neáu caùc chaát thaûi thaám xuoáng ñaát ñi vaøo maïch nöôùc ngaàm seõ gaây oâ nhieãm nöôùc ngaàm, nhaát laø caùc gieáng maïch noâng gaàn chuoàng nuoâi gia suùc hay gaàn hoá chöùa chaát thaûi khoâng coù heä hoáng thoaùt nöôùc an toaøn. Baûng 6 : Caùc chæ tieâu oâ nhieãm cuûa chaát thaûi tính cho 1000 kg troïng löôïng soáng cuûa lôïn (ASEA standards) Chæ tieâu Khoái löôïng (kg) Toång löôïng phaân 84 Toång löôïng nöôùc tieåu 39 TS 11 BOD5 3,1 NH4 – N 0,29 SS 0,027 Ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä oâ nhieãm nguoàn nöôùc, ta caàn phaûi löïa choïn chính xaùc caùc chæ tieâu phaân tích vì coù nhö vaäy môùi ñaùnh giaù ñuùng ñaén möùc ñoä nhieãm vaø nguyeân nhaân gaây ra oâ nhieãm ñoàng thôøi cuõng giuùp tieát kieäm nhaân löïc, thôøi gian, chi phí. Theo (Leâ Trình, 1997) ñoái vôùi nöôùc thaûi chaên nuoâi caàn phaân tích caùc thoâng soá: - Caùc thoâng soá baét buoäc khaûo saùt : BOD5, TSS, toång N, P. - Caùc thoâng soá boå sung : vi khuaån, ñoä ñuïc, maøu, pH. * AÛnh höôûng cuûa caùc chaát oâ nhieãm chính ñeán moâi tröôøng nöôùc - Chaát höõu cô Trung bình 15% sinh khoái thöùc aên chuyeån thaønh phaân lôïn khoâ. Caùc thöùc aên, döôõng chaát khoù ñoàng hoùa vaø haáp thuï cuoái cuøng ñöôïc baøi tieát ra beân ngoaøi theo phaân, nöôùc tieåu cuøng caùc saûn phaåm trao ñoåi chaát. Ña soá caùc carbonhydrate, protein, chaát beùo trong chaát thaûi coù phaân töû löôïng lôùn neân khoâng theå thaám qua maøng vi sinh. Ñeå chuyeån hoùa caùc phaân töû naøy, vi sinh phaûi phaân huûy chuùng ra thaønh caùc maûnh nhoû ñeå coù theå thaám vaøo teá baøo. Vì theá quaù trình phaân huûy hôïp chaát höõu cô nhôø vi sinh vaät traûi qua 2 giai ñoaïn chuû yeáu sau: Ÿ Giai ñoaïn 1: Thuûy phaân caùc chaát phöùc taïp thaønh ñôn giaûn nhö carbonhydrate thaønh ñöôøng ñôn, protein thaønh acid amin, chaát beùo thaønh acid beùo maïch ngaén. Ÿ Giai ñoaïn 2 : Phaân huûy sinh hoïc hieáu khí ñeå chuyeån caùc chaát höõu cô thaønh khí carbonic vaø nöôùc. - Nitô vaø Phospho Bôûi vì khaû naêng haáp thuï nitô, phospho cuûa gia suùc töông ñoái thaáp neân phaàn lôùn seõ ñöôïc baøi tieát ra ngoaøi. Vì vaäy, haøm löôïng nitô, phospho trong chaát thaûi chaên nuoâi töông ñoái cao, neáu khoâng ñöôïc xöû lyù toát seõ gaây neân hieän töôïng phuù döôõng hoùa nguoàn nöôùc, aûnh höôûng ñeán heä sinh thaùi nöôùc. Nitô : Theo Jongbloed vaø Lenis, 1992, ñoái vôùi heo tröôûng thaønh, trong 100 g nitô tieâu thuï vaøo cô theå coù 30 g ñöôïc giöõ laïi trong cô theå, 50 g ñöôïc baøi tieát theo nöôùc tieåu döôùi daïng ureâ laø daïng deã phaân huûy sinh hoïc vaø ñoäc haïi cho moâi tröôøng, 20 g ñöôïc baøi tieát theo phaân döôùi daïng nitô vi sinh vaät laø daïng khoù phaân huûy vaø an toaøn cho moâi tröôøng. Tuøy theo söï coù maët cuûa oxy trong nöôùc maø nitô chuû yeáu toàn taïi ôû caùc daïng NH4+, NO2-, NO3-. Khi nöôùc tieåu vaø phaân ñöôïc baøi tieát ra ngoaøi, nhoùm vi khuaån Urobacteria nhö Micrococcus ureae seõ saûn sinh ra enzym urease chuyeån hoùa ureâ thaønh NH3, ammoniac nhanh choùng phaùt taùn vaøo trong khoâng khí gaây neân muøi hoâi hay khueách taùn vaøo trong nguoàn nöôùc gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc. ( 1) Noàng ñoä ammoniac taïo thaønh tuøy thuoäc vaøo löôïng ureâ, pH chaát thaûi vaø ñieàu kieän löu tröõ chaát thaûi. Sau khi ammoniac khueách taùn vaøo nöôùc, noù tieáp tuïc ñöôïc chuyeån hoùa thaønh NO2-, NO3- nhôø vi khuaån nitrat hoùa trong ñieàu kieän coù oxy. Ñeán khi gaëp ñieàu kieän kî khí nitrat laïi bò vi sinh vaät kî khí khöû thaønh nitô töï do taùch khoûi nöôùc. Löôïng oxy caàn thieát ñeå oxy hoùa caùc chaát höõu cô chöùa nitô trong nöôùc thaûi chaên nuoâi chieám 47% TOD (nhu caàu oxy lyù thuyeát). NH3 + O2 Nitrosomonas NO2- + 2H+ + H2O NO2- + O2 Nitrobacter NO3- ( 2 ) ( 3 ) Döïa vaøo daïng cuûa nitô trong nguoàn tieáp nhaän, coù theå xaùc ñònh thôøi gian nöôùc bò oâ nhieãm: neáu nitô trong nöôùc thaûi chuû yeáu ôû daïng ammoniac thì chöùng toû nguoàn nöôùc môùi bò oâ nhieãm, coøn ôû daïng nitrit (NO2-) laø nöôùc bò oâ nhieãm moät thôøi gian laâu hôn vaø ôû daïng nitrat (NO3-) laø nöôùc ñaõ bò oâ nhieãm thôøi gian daøi. Caû ba daïng ammoni (NH4+), nitrit (NO2-), hay nitrat (NO3-) ñeàu coù aûnh höôûng ñeán söùc khoûe con ngöôøi. Vì khi ñi vaøo cô theå, gaëp ñieàu kieän thích hôïp (NH4+), vaø (NO3-) coù theå chuyeån hoùa thaønh NO2-, maø NO2- coù aùi löïc maïnh vôùi hoàng caàu trong maùu maïnh hôn oxy neân khi noù thay theá oxy seõ taïo thaønh methemoglobin, öùc cheá chöùc naêng vaän chuyeån oxy ñeán caùc cô quan cuûa hoàng caàu, ngaên caûn quaù trình trao ñoåi chaát cuûa cô theå, laøm cho caùc cô quan thieáu oxy, ñaëc bieät laø ôû naõo daãn ñeán nhöùc ñaàu, meät moûi, hoân meâ thaäm chí laø daãn tôùi töû vong. Phospho : Trong nöôùc thaûi chaên nuoâi, phosphat chieám tæ leä cao, thöôøng toàn taïi ôû daïng orthophosphat (HPO42-, H2PO4, PO43-), metaphosphat hay (polyphosphat) vaø phosphat höõu cô. Phosphat khoâng ñoäc haïi cho con ngöôøi, nhöng laø moät chæ tieâu ñeå giaùm saùt möùc ñoä chuyeån hoùa chaát oâ nhieãm cuûa caùc coâng trình xöû lyù coù heä thoáng hoà sinh vaät vaø caây thuûy sinh. Trong caùc hoà ngheøo dinh döôõng noàng ñoä phospho laø thaáp vaø coù xu höôùng suy giaûm. Vaø tæ leä noàng ñoä nitô vaø phospho thöôøng lôùn hôn 12, do ñoù söï phuù döôõng hoùa laø do phospho khoáng cheá. Vì vaäy coù theå noùi phospho laø thoâng soá giôùi haïn ñeå ñaùnh giaù söï phuù döôõng do taùc nhaân oâ nhieãm khoâng beàn vöõng. - Vi sinh vaät Nöôùc thaûi cuoán theo phaân chöùa nhieàu vi sinh vaät gaây beänh nhö Shigella, Salmonella,.. gaây beänh dòch taû, Taenia saginata gaây beänh giun saùn, vaø coù caû tröùng giun saùn nhö nhoùm kyù sinh truøng ñöôøng ruoät Ascaris suum,Oesophagostomum, . . . Neáu khoâng ñöôïc xöû lyù toát thì khi söû duïng nöôùc thaûi töôùi tröïc tieáp cho rau, quaû laøm lan truyeàn maàm beänh. Trong moâi tröôøng chuoàng traïi keùm veä sinh, ñoä aåm cao, ñaëc bieät laø nôi nöôùc ñoïng nhieàu ngaøy hay caùc möông daãn thaûi, nôi löu tröõ thu gom chaát thaûi töø caùc chuoàng traïi laø nôi coù ñieàu kieän thuaän lôïi cho vi sinh vaät phaùt trieån. Khi kieåm tra ñaùnh giaù möùc ñoä oâ nhieãm nöôùc do vi sinh vaät (nhaân toá gaây beänh), ngöôøi ta chæ tieán haønh kieåm tra nhoùm vi khuaån chæ danh. Ba nhoùm vi sinh vaät chæ danh thöôøng söû duïng : Escherichia coli, Streptococcus feacali, Coliform . Baûng 7 : Moät soá vi sinh vaät gaây beänh trong phaân heo (Leâ Trình, 1997) Teân kyù sinh vaät Löôïng kyù sinh truøng Khaû naêng gaây beänh Ñieàu kieän bò dieät T0 (0C) T. gian (phuùt) Salmonella Typhi - Thöông haøn 55 30 Salmonella Typhi A & B - Phoù T. Haøn 55 30 Shigella spp - Lî 55 60 Vibrio cholerae - Taû 55 60 Escherichia Coli 105/100ml Vieâm daï daøy 55 60 Hepatite A - Vieâm gan 55 3 – 5 Taenia saginata - Saùn 50 3 – 5 Micrococcus - Ung nhoït 54 10 Streptococcus 102/100ml Laøm muû 50 10 Ascaris lumbricoides - Giun ñuõa 50 60 Mycobacterium - Lao 60 20 Tubecudsis - Baïch haàu 55 45 Diptheriac - Sôûi 45 10 Corynerbacterium - Baïi lieät 65 30 Giardia Lamblia - Tieâu chaûy 60 30 Tricluris trichiura - Giun toùc 60 30 1.1.2.3. O nhieãm moâi tröôøng khoâng khí Caùc khí sinh ra trong chuoàng nuoâi gia suùc vaø baõi chöùa chaát thaûi chaên nuoâi laø do quaù trình phaân huûy kî khí vaø hieáu khí chaát thaûi gia suùc (chuû yeáu laø phaân vaø nöôùc tieåu) cuõng nhö laø quaù trình hoâ haáp cuûa chuùng. Caùc khí naøy coù noàng ñoä khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän moâi tröôøng beân ngoaøi (nhieät ñoä, ñoä aåm, böùc xaï, . . . ) cuøng phöông thöùc thu gom, löu tröõ, vaän chuyeån, xöû lyù chaát thaûi. * Thaønh phaàn khí töø chuoàng nuoâi gia suùc Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa chaát thaûi chaên nuoâi thay ñoåi moät caùch nhanh choùng trong quaù trình löu tröõ. Trong quaù trình löu tröõ chaát thaûi chaên nuoâi, moät löôïng lôùn chaát khí taïo thaønh bôûi hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät, trong ñoù thì NH3, CH4, H2S, CO2, indol, skatol,… laø caùc khí aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï sinh tröôûng, khaùng beänh cuûa gia suùc ñoàng thôøi aûnh höôûng khoâng nhoû ñeán söùc khoûe cuûa coâng nhaân. Nhöõng khí naøy coù theå ñöôïc taïo thaønh vôùi saûn löôïng töông ñoái lôùn ñaëc bieät laø ôû nhöõng khu vöïc chuoàng traïi thieáu thoâng thoaùng. Nhieàu nghieân cöùu cho thaáy caùc khí ñoäc trong chaên nuoâi coù khaû naêng gaây ra caùc beänh veà ñöôøng hoâ haáp. Döïa vaøo taùc duïng gaây ñoäc cuûa caùc khí naøy, tieán só Tröông Thanh Caûnh (1999) phaân ra laøm caùc nhoùm sau: - Nhoùm 1: Caùc khí kích thích - Nhoùm 2: Caùc khí gaây ngaït - Nhoùm 3: Caùc khí gaây meâ - Nhoùm 4: Nhoùm chaát kim loaïi voâ cô hoaëc höõu cô Nhöõng chaát naøy bao goàm caùc nguyeân toá vaø hôïp chaát ñoäc deã bay hôi. Chuùng taïo ra caùc khí coù nhieàu taùc duïng khaùc nhau sau khi ñöôïc haáp thu vaøo cô theå chaúng haïn nhö khí H2S ôû noàng ñoä caáp tính. Baûng 8 : Ñaëc ñieåm caùc khí sinh ra töø quaù trình phaân huûy phaân heo (Ohio State University, U.S.A) Khí Muøi Ñaëc ñieåm Giôùi haïn tieáp xuùc (ppm) Taùc haïi NH3 Haêng, xoác Nheï hôn khoâng khí, sinh ra töø hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät kî khí vaø hieáu khí, tan trong nöôùc 20 Kích thích maét vaø ñöông hoâ haáp treân, gaây ngaït ôû noàng ñoä cao, daãn ñeán töû vong CO2 Khoâng muøi Naëng hôn khoâng khí, tan toát trong nöôùc, sinh ra töø hoaït ñoäng cua vi sinh vaät kî khí vaø hieáu khí 1 000 Gaây ueå oaûi, nhöùc ñaàu, coù theå gaây ngaït, daãn ñeán töû vong ôû noàng ñoä cao. H2S Tröùng thoái Naëng hôn khoâng khí, ngöôõng nhaän bieát muøi thaáp, tan trong nöôùc 10 Laø khí ñoäc, gaây nhöùc ñaàu, buoàn noân, choùng maët, baát tænh, töû vong CH4 Khoâng muøi Nheï hôn khoâng khí raát nhieàu, khoâng tan trong nöôùc nhieàu, saûn phaåm cuûa hoaït ñoäng phaân huyû kî khí 1 000 Gaây nhöùc ñaàu, ngaït. Coù theå gaây noå ôû noàng ñoä 5-15% trong khoâng khí. * AÛnh höôûng khí, buïi, vi sinh vaät trong khoâng khí khu vöïc chuoàng nuoâi Chaát thaûi chaên nuoâi vôùi caùc thaønh phaàn nhö protein, carbohydrate, lipid qua quaù trình phaân huûy bôûi caùc vi sinh vaät kî khí taïo ra caùc saûn phaåm khaùc nhau: Protein NH3 Indol, Skatol, Phenol H2S Acid hữu cơ mạch ngắn Carbonhydrate Caùc acid hữu cơ Alcohol Aldehyde và ketone H2O, CO2 vaø caùc Hydrocarbon mạch ngắn Lipid Acid beùo Alcohol H2O, CO2 vaø CH4 Aldehyde vaø ketone Hình 1: Caùc saûn phaåm töø quaù trình phaân huûy kî khí cuûa chaát thaûi chaên nuoâi (Trương Thanh Cảnh, 1999) Mackie (1994) chia hôïp chaát gaây muøi töø phaân lôïn laøm 4 nhoùm hoùa hoïc: - Acid beùo deã bay hôi (bao goàm isobutyric, 2-metyl butyric, isovaleric, valeric, caproic vaø acid capric). - Caùc hôïp chaát Indol vaø phenol (goàm Indol, skatol, cresol vaø 4-metyl phenole). - Ammoniac vaø caùc amin deã bay hôi (bao goàm putrescine, cadaverine vaø caùc acid beùo nhö metylamin vaø etylamin). - Caùc hôïp chaát chöùa sulfur deã bay hôi (nhö H2S, metylmercaptan vaø etyl mercaptan). 1.2. Toång quan veà phospho vaø quaù trình xöû lí phospho 1.2.1. Toång quan veà phospho 1.2.1.1. Giôùi thieäu veà phospho * Vai troø sinh hoïc Theo thuaät ngöõ sinh thaùi hoïc, phospho thöôøng ñöôïc coi laø chaát dinh döôõng giôùi haïn trong nhieàu moâi tröôøng, töùc laø khaû naêng coù saün cuûa phospho ñieàu chænh toác ñoä taêng tröôûng cuûa nhieàu sinh vaät. Trong caùc heä sinh thaùi, söï dö thöøa phospho coù theå laø moät vaán ñeà ñaëc bieät trong caùc heä thuûy sinh thaùi (söï dinh döôõng toát vaø buøng noå taûo). Phospho laø nguyeân toá quan troïng trong moïi daïng hình söï soáng ñaõ bieát. Phospho voâ cô trong daïng phosphat (PO43-) ñoùng moät vai troø quan troïng trong caùc phaân töû sinh hoïc nhö AND vaø ARN trong ñoù noù taïo thaønh moät phaàn cuûa phaàn caáu truùc coát tuûy cuûa caùc phaân töû naøy. Caùc teá baøo soáng cuõng söû duïng phosphat ñeå vaän chuyeån naêng löôïng teá baøo thoâng qua adenoxin triphosphat (ATP). Gaàn nhö moïi tieán trình trong teá baøo coù söû duïng naêng löôïng ñeàu coù noù trong daïng ATP. ATP cuõng laø quan troïng phosphat hoùa, moät daïng ñieàu chænh quan troïng trong teá baøo. Caùc muoái phosphat canxi ñöôc caùc ñoäng vaât duøng ñeå laøm cöùng xöông cuûa chuùng. Trung bình trong cô theå ngöôøi chöùa khoaûng gaàn 1kg phospho vaø khoaûng ¾ soá ñoù naèm trong xöông vaø raêng döôùi daïng apatit. Moät ngöôøi lôùn aên uoáng ñaày ñuû tieâu thuï vaø baøi tieát ra khoaûng 1 – 3 (g) phospho trong ngaøy ôû daïng phosphat. * Söï phoå bieán Do ñoä hoaït ñoäng hoùa hoïc cao ñoái vôùi oxy trong khoâng khí vaø caùc hôïp chaát chöùa oxy khaùc neân phospho trong töï nhieân khoâng toàn taïi ôû daïng ñôn chaát maø noù phaân boå roäng raõi trong caùc loaïi khoaùng chaát khaùc nhau. Caùc loaïi ñaù phosphat, trong ñoù ñöôïc phaàn caáu taïo laø apatit (khoaùng chaát chöùa phosphat tricanxi daïng khoâng tinh khieát) laø moät nguoàn quan troïng veà maët thöông maïi cuûa nguyeân toá naøy. Thuø hình maøu traéng cuûa phospho coù theå ñöôïc saûn xuaát theo nhieàu coâng ngheä khaùc nhau. Trong moät qui trình, phosphat tricanxi thu ñöôïc töø caùc loai ñaù phosphat, ñöôïc nung noùng trong caùc loø nung vôùi söï coù maët cuûa cacbon vaø silica. Phospho daïng nguyeân toá sau ñoù ñöôïc giaûi phoùng döôùi daïng hôi vaø ñöôïc thu thaäp döôùi daïng axit phosphoric. * ÖÙng duïng cuûa phospho Axit phosphoric ñaäm ñaëc, coù theå chöùa tôùi 70% - 75% P2O5 laø raát quan troïng ñoái vôùi ngaønh noâng nghieäp do noù ñöôïc duøng ñeå saûn xuaát phaân boùn. Nhu caàu veà phaân boùn ñaõ daãn tôùi söï taêng tröôûng ñaùng keå trong saûn xuaát phospho trong nöûa sau cuûa theá kyõ 20. Caùc söû duïng khaùc coøn coù: - Caùc phosphat ñöôïc duøng trong saûn xuaát caùc loai thuûy tinh. - Tro xöông, phosphat canxi ñöôïc söû duïng trong saûn xuaát ñoà söù. - Tripolyphosphat natri saûn xuaát töø axit phosphoric coù trong boät giaët. - Axit phosphoric saûn xuaát töø phospho nguyeân toá, ñöôïc öùng duïng trong trong nhieàu lónh vöïc. Axit naøy cuõng laø ñieåm khôûi ñaàu ñeå cheá taïo caùc phosphat caáp thöïc phaåm. Caùc hoùa chaát naøy bao goàm phosphat monocanci ñöôïc duøng trong boät nôû vaø tripolyphosphat natri vaø caùc phosphat cuûa natri. Trong soá caùc öùng duïng khaùc, caùc hoùa chaát naøy ñöôc duøng ñeå caûi thieän caùc ñaëc tröng cuûa thòt hay pho maùt ñaõ cheá bieán. Ngöôøi ta thöôøng duøng noù trong thuoác ñaùnh raêng. Phosphat trinatri ñöôc duøng trong caùc chaát laøm saïch ñeå laøm meàm nöôùc vaø choáng aên moøn cho caùc ñöôøng oáng, noài hôi. - Phospho ñöôïc söû duïng roäng raõi ñeå saûn xuaát caùc hôïp chaát höõu cô chöùa phospho thoâng qua caùc chaát trung gian nhö cloruaphospho vaø sulfuaphospho. Caùc chaát naøy coù nhieàu öùng dung bao goàm caùc chaát laøm deûo, caùc chaát laøm chaäm chaùy, thuoác tröø saâu, caùc chaát chieát vaø caùc chaát xöû lyù nöôùc. * Tính ñoäc cuûa phospho ( phoøng ngöøa ) Ñaây laø nguyeân toá coù ñoäc tính vôùi 50 mg laø lieàu trung bình gaây cheát ngöôøi (phospho traéng noùi chung ñöôïc coi laø daïng ñoäc haïi cuûa phospho trong khi phosphat vaø orthophosphat laïi laø caùc chaát dinh döôõng thieát yeáu). Thuø hình phospho traéng caàn ñöôïc baûo quaûn döôùi daïng ngaâm nöôùc do noù coù ñoä hoaït ñoäng hoùa hoïc raát cao vôùi oxy trong khí quyeån vaø gaây ra nguy hieåm chaùy vaø thao taùc vôùi noù caàn ñöôc thöïc hieän baèng keïp chuyeân duïng vaø vieäc tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi da coù theå sinh ra caùc veát boûng nghieâm troïng. Ngoä ñoäc maõn tính phospho traéng ñoái vôùi caùc coâng nhaân khoâng ñöôïc trang bò baûo hoä lao ñoäng toát daãn ñeán chöùng cheát hoaïi xöông haøm. Nuoát phaûi phospho traéng coù theå sinh ra tình traïng maø trong y teá goïi laø “hoäi chöùng tieâu chaûy khoùi”. Caùc hôïp chaát höõu cô cuûa phospho taïo ra moät lôùp lôùn caùc chaát, moät soá trong ñoù laø cöïc kyø ñoäc. Caùc este florophosphat thuoäc veà soá caùc chaát ñoäc thaàn kinh coù hieäu löïc maïnh nhaát maø ta ñaõ bieát. Moät loaïi caùc hôïp chaát höõu cô chöùa phospho ñöôïc söû duïng baèng ñoäc tính cuûa chuùng ñeå laøm caùc thuoác tröø saâu, thuoác dieät coû, thuoác dieät naám, . . . Phaàn lôùn caùc phosphat voâ cô laø töông ñoái khoâng ñoäc vaø laø caùc chaát dinh döôõng thieát yeáu. Khi phospho traéng bò ñöa ra aùnh saùng maêt trôøi hay bò ñoát noùng thaønh daïng hôi ôû 2500C thì noù chuyeån thaønh daïng phospho ñoû vaø noù khoâng töï chaùy trong khoâng khí, do vaäy noù khoâng nguy hieåm nhö phospho traéng. Tuy nhieân vieäc tieáp xuùc vôùi noù vaån caàn söï thaän troïng do noù cuõng coù theå chuyeån thaønh phospho traéng trong moät khoaûng nhieât ñoä nhaát ñònh vaø noù cuõng toûa ra khoùi coù ñoäc tính cao chöùa caùc oxit phospho khi bò ñoát noùng. * Hôïp chaát phospho trong moâi tröôøng nöôùc vaø axit phosphoric Phospho coù lôùp voû electron 1s22s22p63s23p3 vaø ôû nhoùm VA. Noù laø phi kim hoaït ñoäng trung bình. Khoái löôïng chuû yeáu cuûa phospho trong voû quaû ñaát laø ôû döôùi daïng phosphat (V) caùc khoaùng vaät phosphoric Ca3(PO4)2, hydroxylapatit, Ca5(PO4)3(OH)2, floapatit Ca5(PO4)F, . . . Trong ñoù khoaûng 95% nguoàn phospho treân thôùi giôùi toàn taïi döôùi daïng caùc Fluoapatit. Phospho coù trong thaønh phaàn cô theå ñoäng vaät. Hydroxylapatit laø phaàn khoaùng cuûa raêng vaø xöông, coøn nhöõng daãn xuaát höõu cô phöùc taïp cuûa phospho naèm trong thaønh phaàn naõo vaø thaàn kinh. Hôïp chaát cuûa phospho vaø oxy, anhidrit phosphoric (P2O5), coù chöùa nguyeân töû phospho hoùa trò ( +5 ). P2O5 laø boät maøu traéng, coù taùc duïng raát maïnh vôùi nöôùc thaønh axit meta phosphoric, sau ñoù thaønh axit orthophosphoric (goïi ñôn giaûn laø axit phosphoric): P2O5 + H2O à 2HPO3 ( 4 ) HPO3 + H2O à H3PO4 ( 5 ) Hai phöông trình treân coù theå vieát döôùi daïng sau : P2O5 + 3H2O à 2H3PO4 ( 6 ) Do coù aùi löïc lôùn vôùi nöôùc, neân ngöôøi ta duøng P2O2 laøm khoâ caùc chaát khí, caùc chaát loûng, cuõng nhö trong toång hôïp hoùa hoïc. Axit orthophosphoric laø axit coù chöùa 3 ion H+, neân khi phaân ly noù coù 3 daïng anion: H2SO4-, HPO42-, PO43-. Axit phosphoric coù caùc haèng soá phaân ly laø pK1=2,16; pK2 7,16 vaø pK3 12,4. Thöôøng thì proton taùch ra khoûi phaân töû ôû naác tröôùc deå daøng hôn naác sau, coù theå laø do soá proton taùch ra caøng taêng thì phaân töû caøng aâm ñieän neân giöõ proton caøng chaët. Muoái cuûa caùc axit phospho goïi laø phosphat. Coù 3 traïng thaùi toàn taïi cuûa phospho trong nöôùc laø : orthophosphat (PO43-), polyphosphat vaø phosphat lieân keát höõu cô. Caùc phosphat ngöng tuï maïch thaúng hay polyphosphat chöùa anion coù coâng thöùc chung laø PnO3n+1 (n+2)- . Ví duï: Nhö muoái diphosphat hay coøn goïi laø pyrophosphat (M4P2O7) vaø muoái triphosphat (M5P3O10) (M laø kim loaïi kieàm). Taát caû caùc daïng polyphosphat ñeàu chuyeån hoùa veà daïng orthophosphat trong moâi tröôøng nöôùc, quaù trình chuyeån hoùa ñöôïc thuùc ñaåy bôûi nhieät ñoä (nhaát laø ôû gaàn ñieåm soâi) vaø trong moâi tröôøng axit. Polyphosphat bò phaân huûy nhanh nhôø quaù trình thuûy phaân nhö sau : P3O105- + 2H2O = 2HPO42- + H2PO4 ( 7 ) Caùc phospho höõu cô ñöôïc oxy hoùa vaø thuûy phaân thaønh orthophosphat. Caùc ion phosphat trong nöôùc thöôøng bò thuûy phaân theo 3 baäc sau ñaây (do H3PO4 coù 3 naác phaân ly). PO43- + 2H2O HPO42- + OH- ( 8 ) HPO42- + H2O H2PO4- + OH- ( 9 ) H2PO4- + H2O H3PO4 + OH- ( 10 ) Khi coù maët muoái ion Mg2+ vaø ion NH4+ ôû trong dung dòch ammoniac, ion PO43- taïo neân keát tuûa maøu traéng NH4MgPO4 khoâng tan trong dung dòch amoniac nhöng tan trong axit nhö: NH4+ + Mg2+ + PO43- = NH4MgPO4 (11) Khi coù maët cuûa muoái nhoâm ammoni molypdat (NH4)2MoO4 trong dung dòch HNO3 ion PO43- taïo neân keát tuûa amoni phosphomolydat{(NH4)3(PMo12O40)}, coù maøu vaøng khoâng tan trong axit nitric nhöng tan trong kieàm vaø dung dòch ammoniac. 3NH4+PO43- + 12MoO42- + 24H+ = (NH4)3(Pmo12O40) + 12H2O (12) Nhöõng phaûn öùng naøy duøng ñeå nhaän bieát ion PO43- ôû trong dung dòch. 1.2.1.2. Chu trình phospho trong töï nhieân Moâi tröôøng sinh vaät (Biological Environment) laø thaønh phaàn höõu sinh cuûa moâi tröôøng. Moâi tröôøng sinh vaät bao goàm caùc heä sinh thaùi, quaàn theå thöïc vaät vaø ñoäng vaät. Moâi tröôøng sinh vaät toàn taïi vaø phaùt trieån treân cô sôû ñaëc ñieåm cuûa caùc thaønh phaàn moâi tröôøng vaät lyù vaø khoâng theå taùch khoûi moâi tröôøng vaät lyù. Caùc thaønh phaàn cuûa moâi tröôøng khoâng toàn taïi ôû traïng thaùi tónh maø luoân coù söï chuyeån hoùa trong töï nhieân, dieãn ra theo chu trình vaø thoâng thöôøng ôû daïng caân baèng. Chính söï caân baèng naøy ñaûm baûo cho söï soáng treân traùi ñaát phaùt trieån oån ñònh. Caùc chu trình phoå bieán nhaát trong heä töï nhieân, trong ñoù coù chu trình cuûa phospho, laø quaù trình luaân chuyeån caùc nguyeân toá hoùa hoïc töø daïng voâ sinh (ñaát, nöôùc, khoâng khí) vaøo daïng höõu sinh (sinh vaät) vaø ngöôïc laïi. Moät khi caùc chu trình naøy khoâng coøn giöõ ôû möùc caân baèng thì dieãn bieán baát thöôøng veà moâi tröôøng seõ saûy ra, gaây taùc ñoäng xaáu cho söï soáng cuûa con ngöôøi vaø sinh vaät ôû moät khu vöïc hoaëc ôû qui moâ toaøn caàu. Ñoäng,thöïc vaät Ñoäng,thöïc vaät Sinh vaät cheát Phosphat trong ñaát (P) trong ñaùy ñaïi döông (P) höõu cô,voâ cô hoøa tan vaø lô löõng treân lôùp maët Traàm tích Hình 2: Chu trình phospho trong töï nhieân ÑAÁT ÑAÏI DÖÔNG 1.2.1.3. Nhöõng nguoàn phaùt sinh phospho + Nguoàn nöôùc thaûi sinh hoaït Caùc nguoàn phospho ñöa vaøo moâi tröôøng chuû yeáu do hoaït ñoäng nhaân taïo cuûa con ngöôøi gaây ra, trong ñoù nöôùc thaûi sinh hoaït, nöôùc thaûi töø khu daân cö hay nöôùc thaûi veä sinh. Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa nöôùc thaûi sinh hoaït laø trong ñoù coù haøm löôïng cao cuûa chaát höõu cô khoâng beàn vöõng, chaát dinh döôõng ( phospho, nitô ) . . . Toång phospho trung bình do moät ngöôøi haøng ngaøy ñöa vaøo moâi tröôøng laø khoaûng 0,8 à 4 (g)/ngöôøi/ngaøy, trong ñoù phospho voâ cô baèng 0,7 toång (P) vaø phospho höõu cô baèng 0,3 toång (P). Phospho trong nöôùc thaûi sinh hoaït chuû yeáu coù töø nguoàn goác: phaân ngöôøi, nöôùc tieåu, ñoà thaûi thöùc aên, chaát taåy röûa toång hôïp, chaát choáng aên moøn töø caùc oáng daãn nöôùc. Löôïng phospho coù nguoàn goác töø phaân ñöôïc öôùc tính laø 0,2 – 1 kg P/ngöôøi/naêm hoaëc trung bình laø 0,6 kg. Löôïng phospho töø nguoàn chaát taåy röûa toång hôïp ñöôïc öôùc tính laø 0,3 kg/ngöôøi/naêm. Sau khi haïn cheá hoaëc caám söû duïng phospho trong thaønh phaàn chaát taåy röûa, löôïng phospho treân giaûm xuoáng coøn khoaûng 0,1 kg/ngöôøi/naêm. Thöùc aên thöøa: söõa, thòt, caù hoaëc duïng cuï naáu aên, ñöïng caùc loaïi treân khi vaøo nöôùc cuõng thaûi ra moät löôïng phospho ñaùng keå. + Nguoàn nöôùc thaûi coâng nghieäp O nhieãm do hôïp chaát phospho töø saûn suaát coâng nghieäp lieân quan chuû yeáu tôùi cheá bieán thöïc phaåm, saûn xuaát phaân boùn hay trong moät soá ngaønh ngheà ñaëc bieät nhö cheá bieán muû cao su, cheá bieán tô taèm, thuoäc da, cheá bieán söõa, saûn xuaát bô, pho maùt, cheá bieán naám. Caùc chaát hoaït ñoäng beà maët duøng laøm chaát taåy röûa khi tieáp xuùc vôùi caùc chaát gaây cöùng cuûa nöôùc (Ca2+, Mg2+) thì khaû naêng laøm saïch cuûa noù seõ giaûm ñi. Caùc muoái canxi tan laøm maát khaû naêng taïo boït cuûa xaø phoøng, ta seõ thaáy coù caën voùn xaùm nhaït treân maët nöôùc. Ñoù laø keát tuûa khoù tan do anion xaø phoøng vaø ion canxi taïo ra, caùc ion magie cuõng taïo ñöôïc keát tuûa vôùi xaø phoøng. Nöôùc “cöùng“ laø nöôùc coù chöùa caùc ion canxi vaø magie thöôøng ôû daïng hydrocacbonat. Vì vaäy khi xaø phoøng natri stearat gaëp nöôùc cöùng thì seõ coù canxi stearat vaø magie stearat keát tuûa. Do vaäy caùc anion xaø phoøng bò loaïi khoûi dung dòch vaø khoâng tham gia taåy saïch nöõa. 2C17H35COO-Na+ + Ca2+ à Ca(C17H35CO2)2(r) + 2Na+ (13) Caùc “theå saùp“ khoâng hoøa tan naøy thöôøng taïo ra nhöõng caën baån baùm leân vaûi vaø trong maùy giaët. Trong boät giaët coù khoaûng 20% laø chaát hoaït ñoäng beà maët, coøn laïi laø chaát phuï gia coù theå laø caùc chaát silicat vaø phosphat, laøm cho nöôùc coù moâi tröôøng bazô yeáu. Ñeå loaïi tröø tính chaát axit cuûa buïi baån vaø daàu môõ trong quaàn aùo. Vôùi phosphate nhö natri triphosphate ( Na5P3O10 ) seõ taïo ñöôïc phöùc vôùi ion Ca2+ vaø Mg2+ nhö : 2P3O105- (aq) + 5Ca2+ (aq) à Ca5(P3O10)2 (aq) (14) à Polyphosphat bò phaân huûy nhanh nhôø quaù trình thuûy phaân sau : P3O105- + 2H2O = 2HPO42- + H2PO4- (15) Vì phosphat thöôøng gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc neân ngöôøi ta ñaõ thöû thay theá pentanatri tripolyphosphat baèng NTA (natritriaxetic) N(CH3COONa)3 nhöng ñaõ ñình chæ söû duïng do bò nghi laø chaát sinh quaùi thai. Moät soá ngaønh coâng nghieäp nhö: coâng nghieäp saûn xuaát phaân laân, coâng nghieäp thöïc phaåm trong nöôùc ñeàu coù chöùa phosphat. Ví duï: Taïi nöôùc thaûi coâng nghieäp röôïu bia, noàng ñoä N vaø P coù theå ñeán 150 -200 mg/l vaø 15 - 30 mg/l. + Nguoàn thaûi töø noâng nghieäp, chaên nuoâi Phaân boùn söû duïng trong noâng nghieäp laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân chính gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc. Taïi vuøng noâng thoân noàng ñoä (P) ôû caùc con soâng cao trong thôøi ñieåm söû duïng phaân nhieàu, ñaëc bieät khi coù möa röûa troâi. Ngoaøi ra coøn coù moät soá chaát nhö : Saét phosphat töø caùc lôùp caën laéng coù theå bò hoøa tan trôû laïi trong khi caùc nguoàn nöôùc coù chöùa nhieàu chaát dinh döôõng vaø chaát oâ nhieãm coù theå toàn taïi caùc ñieàu kieän khöû hoaëc giaù trò pH thaáp, quaù trình saûy ra theo phöông trình sau: Fe(PO4)r + H+ + e- Fe2+(nöôùc) + HPO42-(nöôùc) (16) à Chaát khöû coù theå laø H2S hoaëc caùc hôïp chaát höõu cô trong nöôùc. Noàng ñoä hôïp chaát nitô vaø phospho taêng ñaàn theo thôøi gian löu giöõ nöôùc thaûi do löôïng chaát höõu cô coù khaû naêng sinh huûy raát lôùn (BOD:2300 – 49000 mg/l),trong thôøi gian löu giöõ chuùng bò phaân huûy yeám khí taïo ra khí metan vaø cacbonic. Baûng 9: Thaønh phaàn chính trong phaân töôi cuûa moät soá loaøi nuoâi Phaân loaøi nuoâi Ñoä aåm (%) N (%) P2O2 (%) K2O (%) Boø thòt 85 0.5 0.2 0.5 Boø söõa 85 0.7 0.5 0.5 Gia caàm 72 1.2 1.3 0.6 Lôïn 82 0.5 0.3 0.4 Deâ, cöøu 77 1.4 0.5 0.2 1.2.1.4. Hieän töôïng phuù döôõng Phuù döôõng hoùa (eutrophication) laø vieäc gia taêng noàng ñoä cuûa caùc chaát dinh döôõng ñeán möùc taïo ra söï phaùt trieån buøng noå caùc loaïi taûo, rong trong moâi tröôøng nöôùc. Quaù trình phuù döôõng hoùa ñoùng vai troø quan troïng trong daây chuyeàn thöïc phaåm cuûa heä sinh thaùi nöôùc. Trong nöôùc, taûo söû duïng cacbon dioxit, nitô voâ cô, orthophosphat vaø caùc chaát dinh döôõng khaùc vôùi löôïng veát ñeå phaùt trieån. Taûo laïi laø thöùc aên cuûa ñoäng vaät phuø du (zooplankton). Moät soá lôùn caù nhoû aên ñoäng vaät phuø du vaø rong taûo, moät soá loaïi caù lôùn laïi aên caù nhoû. Nhö vaäy naêng suaát cuûa daây chuyeàn thöïc phaåm laïi phuï thuoäc vaøo löôïng N vaø P. Khi noàng ñoä N vaø P cao, rong taûo phaùt trieån maïnh taïo ra khoái löôïng lôùn ñeán möùc caùc loaøi ñoäng vaät phuø du khoâng theå tieâu thuï heát, daãn ñeán laøm ñuïc nöôùc. Ñaëc bieät trong nguoàn nöôùc tuø (ao, ñaàm) coù theå taïo ra nöôùc chöùa ñaày taûo nhö nöôùc xuùp. Vieäc phaân huûy taûo seõ taïo ra muøi vaø taïo ra nhöõng chaát caën laéng, gaây giaûm oxy hoøa tan trong nöôùc, töø ñoù gaây caûn trôû vieäc phaùt trieån haàu heát caùc loaøi caù. Trong ñieàu kieän ñoù thì chæ coù moät soá loaøi caù döõ môùi coù theå soáng ñöôïc. Taûo xanh Caù ñôn (loaïi aên ñoäng vaät) Nitô vaø phospho Caù nhoû (loaïi aên coû) Ñoäng vaät phuø du Daây chuyeàn thöïc phaåm bình thöôøng Dö thöøa Nitô vaø phospho Buøng noå taûo xanh - luïc Ñoäng vaät phuø du Caù aên thòt Gia taêng sinh khoái taûo Phaùt trieån coû,lau saäy ven bôø Hình 3 : Taùc ñoäng cuûa söï phuù döôõng ñeán daây chuyeàn thöïc phaåm trong heä sinh thaùi nöôùc Nöôùc ñuïc,saùnh Giaûm oxy Taêng muøi Vôùi maät ñoä rong taûo cao, chaát löôïng nöôùc seõ bò suy giaûm, gaây aûnh höôûng ñeán coâng taùc caáp nöôùc sinh hoaït, gaây aûnh höôûng ñeán myõ quan. Caùc vuøng nöôùc tuø, ñaëc bieät laø keânh raïch, caùc ao hoà ôû Haø Noäi, ôû ñoàng baèng soâng Cöõu Long, ñoàng baèng soâng Hoàng, nhöõng khu vöïc trong thaønh phoá Hoà Chí Minh, . . . hieän nay ñang bò phuù döôõng hoùa naëng vôùi bieåu hieän cuûa söï phaùt trieån maïnh cuûa caùc loaøi taûo, beøo, . . . 1.3. Quaù trình khöû phospho baèng sinh hoïc Khaû naêng thöïc hieän vieäc khöû phospho baèng con ñöôøng sinh hoïc laø muïc tieâu cuûa nhieàu nghieân cöùu khoa hoïc. Ñoù laø giaûi phaùp khoâng caàn söï hoå trôï cuûa caùc chaát phaûn öùng vaø thöïc teá laø khoâng saûn sinh ra löôïng buøn dö thöøa naøo. Nhöõng nghieân cöùu naøy thöïc söï ñaõ baét ñaàu vaøo giöõa nhöõng naêm 60 vôùi coâng trình cuûa (Shapiro vaø Levin). Caùc oâng nhaän thaáy raèng buøn hoaït tính khoâng ñöôïc suïc khí thì giaûi phoùng phospho vaø ngay khi noàng ñoä oxy taêng leân buøn seõ haáp thuï laïi phospho. Nguyeân taéc cuûa phospho hoùa sinh hoïc laø coù söï tích luõy phospho vaøo khoái vi sinh. Söï tích luõy naøy coù theå gaây ra do: - Söï keát tuûa hoùa hoïc cuûa phospho voâ cô xung quanh vi khuaån trong nhöõng ñieàu kieän rieâng bieät cuûa moâi tröôøng heïp ; - Chính baûn thaân caùc vi sinh ; - Söï keát hôïp cuûa caû hai nguyeân nhaân treân. 1.3.1. Quaù trình keát tuûa ngoaøi teá baøo cuûa phospho voâ cô Nguyeân nhaân chính cuûa vieäc taïo ra caùc keát tuûa naøy laø do söï taêng ñoä pH hoaëc söï taêng noàng ñoä ion keát tuûa (nhieàu khaûo saùt ñaõ xaùc nhaän ñieàu ñoù). Thöïc vaäy, caùc vi khuaån nuoâi caáy trong ñieàu kieän kò khí seõ giaûm noàng ñoä canxi ngoaïi teá baøo, trong khi ñoù chuùng laïi giaûi phoùng phospho, kali vaø magieâ (kali vaø magieâ laø nhöõng ion oån ñònh cuûa polyphotphat noäi teá baøo). Do vaäy, coù theå laø vieäc giaûi phoùng caùc ion photphat laøm giaûm noàng ñoä canxi vaø töø ñoù coù giaû thuyeát veà söï keát tuûa. Khi khoâng coù oxy, söï thay ñoåi ñoä pH gaây ra do khöû nitrat hoùa laø do leân men axit cuûa caùc saûn phaåm höõu cô lieân tuïc bieán ñoåi nhaèm laøm taêng noàng ñoä phospho vaø coù theå laøm taêng hoaëc giaûm haäu quaû cuûa chuùng. 1.3.2. Tích luõy noäi teá baøo polyphotphat do vi sinh cuûa buøn hoaït tính Cuøng vôùi söï keát tuûa ngoaïi teá baøo deã bieán ñoåi, khoù ñònh löôïng vaø khoù kieåm soaùt, ngaøy nay caùc vi khuaån tích luõy polyphotphat (poly P) ñoùng vai troø chuû yeáu. Vieäc löu giöõ polyphospho thöôøng thöïc hieän ñöôïc baèng vi sinh hoïc, ñaëc bieät laø nhöõng tröôøng hôïp maát oån ñònh cuûa moâi tröôøng dinh döôõng. Moâi tröôøng naøy ngaên chaën vieäc toång hôïp axit nucleic. Polyphosphat ñaõ tích luõy ñöôïc coù theå duøng ñeå döï tröõ naêng löôïng so saùnh ñöôïc vôùi maïch phosphat ôû heä ATP/ADP, hoaëc ñeå döï tröõ phospho. Caùc phaân tích veà coäng höôõng töø haït nhaân magieâ (RMN) treân buøn phosphat ñaõ khaúng ñònh söï hieän dieän cuûa moät soá löôïng lôùn poly P. Poly P chuû yeáu toàn taïi döôùi daïng nhöõng haït nhoû ñöôïc goïi laø Valutin. 1.3.3. Caùc yeáu toá lieân quan ñeán vieäc khöû phosphat baèng sinh hoïc Vieäc khöû phosphat baèng sinh hoïc ñoøi hoûi söï laëp ñi laëp laïi cuûa caùc quaù trình kî khí vaø hieáu khí. Tính laëp laïi naøy laøm thai ñoåi söï caân baèng enzim ñeå ñieàu chænh vieäc toång hôïp poly P ôû quaù trình kî khí. Quaù trình kò khí Buøn dö thöøa Tuaàn hoaøn Axetat Chaát neàn höõu cô Vi sinh vaät poly P ( poly P ) Quaù trình öa khí Vi sinh vaät poly P ( PHP ) P Vi sinh vaät poly P ( PHP ) O2 Vi sinh vaät poly P ( poly P ) Hình 4 : Caùc hieän töôïng xaûy ra khi khöû phosphat baèng sinh hoïc hoïc Vi sinh vaät Axetogien Nhö vaäy, ñaëc ñieåm chung cuûa taát caû caùc phöông aùn söû duïng bieän phaùp thaûi loaïi phospho sinh hoïc laø söï luaân phieân thai ñoåi cuûa quaù trình kò khí vaø quaù trình öa khí. ÔÛ quaù trình kò khí thì caùc vi khuaån tieáp xuùc vôùi cacbon höõu cô cuûa nöôùc thaûi, coøn ôû quaù trình öa khí thì phospho ñaõ bò khöû tröôùc ñoù ñöôïc haáp thu trôû laïi. Coù theå phaân loaïi caùc phöông aùn naøy thaønh hai nhoùm lôùn sau ñaây : - Taát caû caùc phöông aùn maø taïi ñaây khoâng coù moät chaát phaûn öùng hoùa hoïc naøo ñöôïc theâm vaøo. Phospho ñöôïc löu giöõ moät caùch “sinh hoïc” ôû trong buøn vaø do vaäy chuùng ñöôïc thaûi ra cuøng vôùi buøn dö thöøa. Nhö theá hieäu suaát vieäc khöû phospho phuï thuoäc hoaøn toaøn vaøo löôïng phospho chöùa trong buøn vaø saûn sinh ra buøn dö thöøa. - Taát caû caùc phöông aùn coù söï khöû phospho hoãn hôïp sinh hoïc vaø hoùa-lí hoïc. Phospho ñaõ tích tröõ baèng caùch sinh hoïc ôû trong buøn ñöôïc giaûi thoaùt vaøo moät theå tích nöôùc nhoû. Do vaäy, nguoàn ta thu ñöôïc moät noàng ñoä phospho cao trong nöôùc vaø ôû noàng ñoä naøy caùc phaûn öùng hoùa hoïc ñöôïc boå sung. 1.3.4. Söï phaân giaûi phospho höõu cô NH3 Nucleoproteit Axit nucleic Protein NH3 NH3 NH3 C6H5N5 4H3PO4 C5H6N2O2 C5H5N5O C4H5N6O Moät soá chaát khaùc Hình 5: Söï chuyeån hoùa axit nucleic bôûi VSV coù trong caùc chaát thaûi Trong quaù trình phaân giaûi, chuùng thöôøng toång hôïp ra nhieàu loaïi enzym khaùc nhau. Moãi enzym thöïc hieän moät phaûn öùng sinh hoùa vaø cuoái cuøng taïo ra H3PO4. Baûng 10: Caùc loaøi VSV tham gia phaân giaûi caùc hôïp chaát chöùa phospho STT Vi sinh vaät ( VSV ) Ñaëc ñieåm 1 Bacillus mycoides Chuùng thuoäc vi khuaån hieáu khí, coù khaû naêng phaân giaûi phospho höõu cô, protit nhöng khoâng taïo thaønh H2S 2 Bacillus megatheriumvar phosphaticum Chuùng thuoäc vi khuaån hình que, coù nha baøo, yeám khí tuøy tieän, loaøi naøy coù khaû naêng phaân giaûi phospho höõu cô raát maïnh. 3 Bacillus asterosporus Chuùng thuoäc loaøi vi khuaån yeám khí tuøy tieän, coù khaû naêng phaân giaûi phospho höõu cô nhöng khoâng maïnh 4 Pseudomonas spp Loaøi naøy coù nhieàu trong chaát thaûi höõu cô giaøu protein, chuùng phaân giaûi protein vaø phospho khoâng maïnh 5 Actinomyces spp Loaøi naøy phaân giaûn caû protein, celluloùe vaø phospho, chuùng laø caùc loaøi hieáu khí, coù khaû naêng chòu nhieät cao 1.3.5. Xöû lí hôïp chaát phospho Haàu nhö caùc hôïp chaát cuûa phospho khoâng toàn taïi ôû daïng bay hôi trong ñieàu kieän thoâng thöôøng, vì vaäy ñeå taùch phospho ra khoûi nöôùc caàn phaûi chuyeån hoùa chuùng veà daïng khoâng tan tröôùc khi aùp duïng caùc kyõ thuaät taùch chaát laéng nhö: loïc, laéng hoaëc taùch tröïc tieáp qua maøng thích hôïp. Hôïp chaát phospho trong moâi tröôøng nöôùc thaûi toàn taïi trong caùc daïng: phospho höõu cô, phosphat ñôn (H2PO4-, HPO42-, PO43-) tan trong nöôùc, polyphosphat (coøn goïi laø phospha truøng ngöng), muoái phosphat vaø phospho trong teá baøo sinh khoái. Baûng 11: Hôïp chaát phospho vaø khaû naêng chuyeån hoùa Hôïp chaát Khaû naêng chuyeån hoùa Phospho höõu cô Phaân huûy thaønh phosphat ñôn vaø truøng ngöng Phosphate ñôn Tan, phaûn öùng taïo muoái, tham gia phaûn öùng sinh hoùa Polyphosphate Ít tan, coù khaû naêng taïo muoái tham gia phaûn öùng sinh hoùa Muoái phosphate Phaàn lôùn khoâng coù ñoä tan thaáp hình thaønh töø phosphat ñôn Phospho trong teá baøo Thaønh phaàn cuûa teá baøo hoaëc löôïng döï tröõ trong teá baøo cuûa moät soá vi khuaån 1.3.6. Öu nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp sinh hoïc + Öu ñieåm - Giaûm hoaëc khoâng söû duïng hoùa chaát keát tuûa nhö Al3+,Ca2+... vaø hoùa chaát phuï trôï duøng trong quaù trình keát tuûa (kieàm) - Giaûm thieåu söï phaùt trieån cuûa vi sinh daïng sôûi taïo ñieàu kieän toát cho quaù trình laéng thöù caáp. Taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho quaù trình oxy hoùa ammoni do chaát höõu cô giaûm trong giai ñoaïn yeám khí. - Naâng caáp caùc heä xöû lí nöôùc thaûi ñang hoaït ñoäng moät caùch deå daøng, vôùi giaù thaønh hôïp lí. + Nhöôïc ñieåm - Dieån bieán cuûa quaù trình vi sinh phöùc taïp, vaán ñeà taùch loaïi phospho ñöôïc quan taâm chöa laâu neân caùc thoâng soá kyõ thuaät duøng trong thieát keá cuõng nhö caùc yeáu toá aûnh höôõng taûn maïn veà giaù trò vaø thaäm chí traùi ngöôïc veà keát quaû daãn ñeán vieäc tính toaùn deã gaëp sai soùt theå hieän ôû khaâu vaän haønh. - Kieåm soaùt ñieàu kieän vaän haønh raát chaët cheõ sau cho trong vuøng yeám khí khoâng toàn taïi oxy vaø nitrat. 1.4. Nhöõng phöông phaùp loaïi boû phospho trong nöôùc thaûi 1.4.1. Loaïi boû Phospho baèng phöông phaùp hoùa hoïc 1.4.1.1. Duøng Ca2+ Thöôøng ñöôïc tieán haønh vôùi voâi. Khi ñöa voâi vaøo heä pH seõ taêng laøm dòch chuyeån caân baèng veà PO43- . Tyû leä mol Ca/P naèm trong khoaûng 1,33 ñeán 2. Ion Ca2+ coù khaû naêng loaïi boû phosphat do noù taïo vôùi phosphat nhöõng hôïp chaát keùm hoøa tan. Baúng sau ghi laïi nhöõng giaù trò tích soá tan cuûa moät soá hôïp chaát keùm hoøa tan coù lieân quan: Baûng 12 : Giaù trò soá tan cuûa hôïp chaát keùm hoøa tan Hôïp chaát Tích soá tan ( 25o) CaH2PO4+ Ca2+ + H2PO4- 10 -2,7 CaHPO4 Ca2+ + HPO4- 10 -6,6 Ca3 (PO4)2 3Ca2+ + 2PO43- 10 -26 Ca10 (PO4)6(OH)2 10Ca2+ +6PO43- + 2OH- 10 -114 Hydroxy apatit C10(PO4)6(OH)2 khoâng bao giôø xuaát hieän ngay trong quaù trình hình thaønh maàm tinh theå cho duø noù laø thaønh vieân oån ñònh nhaát veà maët nhieät ñoäng vaø keùm hoøa tan nhaát trong soá caùc keát tuûa phosphat canxi. Böôùc ñaàu tieân lieân quan ñeán söï keát tuûa cuûa phosphat canxi Ca3(PO10)2 voâ ñònh hình, noù coù caáu truùc tinh theå khoâng oån ñònh vaø coù ñoä tan thaáp. Caùc daïng voâ ñònh hình naøy taùi keát tinh nhanh hay chaäm ñeàu phaûi traûi qua moät soá daïng hôïp chaát trung gian caáu truùc khoâng xaùc ñònh tröôùc khi taïo thaønh hydroxy apatit. Hôïp chaát naøy coù theå coù thaønh phaàn khaùc vôùi coâng thöùc hoùa hoïc veà maët tyû löôïng vaø coù theå coù chöùa nhöõng ion laï. - Trong nöôùc tuï nhieân, haøm löôïng Ca2+ coù theå leân tôùi 100mg/l, neáu cho voâi vaøo trong dung dòch seõ hình thaønh CaCO3 keát tuûa do HCO3 ñaõ chuyeån thaønh CO32- ôû pH cao vaø neáu nhö ion Mg2+ coù maët vöøa ñuû thì seõ xuaát hieän keát tuûa Mg(OH)2. Ca2+ + 2HCO3- + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O (17) - Khaû naêng loaïi boû phosphat seõ raát toát ôû giaù trò > 10 , ñaëc bieät coù hieäu quaû ôû giaù trò pH = 10,5 -11. - Ñaëc ñieåm cuûa phöông phaùp duøng voâi: Duøng voâi laøm taêng ñoä kieàm cuûa nöôùc thuaän lôïi cho phaûn öùng phaân huûy sinh hoïc cuûa NH4+, khoâng ñöa anion môùi vaøo nöôùc thaûi(so vôùi duøng muoái ñeå keát tuûa phosphat). - Canxi phosphat coù theå duøng laøm phaân. 1.4.1.2. Duøng muoái saét Caùc muoái saét thöôøng ñöôïc söû duïng laø: FeCl3, FeClSO4, FeSO4, khi ñöa Fe3+ vaøo nöôùc laäp töùc xaûy ra quaù trình thuûy phaân taïo ra caùc phöùc chaát mang ñieän tích döông nhö (ôû pH < 8) Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH)3 vaø moät soá dime, polymer tích ñieän döông. Vì vaäy, ngoaøi söï keát tuûa coøn xaûy ra söï haáp phuï hydroxit saét taïo thaønh. Caùc keát tuûa cuûa phosphat saét hình thaønh thöôøng ôû daïng gen vaø hieám khi coù thaønh phaàn oån ñònh. Trong ñieàu kieän pH thaáp seõ xuaát hieän caùc keát tuûa thieáu saét (haøm löôïng Fe 5,5 vaø pH ño ñöôïc seõ traûi qua moät thôøi gian bieán ñoäng cao. Trong moâi tröôøng trung tính vaø bazô caùc ion OH- coù aùi löïc vôùi Fe lôùn hôn so vôùi PO43-. Fe(PO4)n + mOH- à Fe(OH)m(PO4)n-m/3 + m/3 PO43- (18) Quaù trình naøy PO43- cuûa OH – coù theå quan saùt ñöôïc söï thay ñoåi maøu saéc keát tuûa töø traéng sang vaøng. Keát tuûa maøu vaøng khi dung dòch Fe3+ tinh khieát. Neáu dung dòch keùm tinh khieát thì keát tuûa seõ chuyeån sang maøu ñoû. Quaù trình giaûm ñoä tinh khieát laø do Fe3+ trong dung dòch khoâng ngöøng bò thuûy phaân daãn ñeán söï hình thaønh caùc phöùc bò thuûy phaân vaø cuoái cuøng taïo thaønh keát tuûa Fe(OH)3. Taïi moät giaù trò pH khoâng ñoåi coù keát tuûa hoaøn toaøn phosphat vôùi tæ soá mol Fe3+/P töø 1,4 – 1,6. Neáu tyû soá Fe3+/P taêng thì löôïng Fe(OH)3 cuõng taêng nhöng hôïp chaát cuûa phosphat vaãn coù thaønh phaàn khoâng thay ñoåi. ÔÛ tyû leä Fe3+/P xaáp xæ 1,22 vaø 1,23 coù söï hình thaønh phosphat bazô daïng Fe(OH)2H2PO4. * Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp : - Ñöa vaøo nöôùc nhöõng anion cuûa muoái - Khi duøng dö muoái saét seõ laøm giaûm pH cuûa nöôùc thaûi do phaûn öùng thuûy phaân cuûa chuùng giaûi phoùng ra H+. 1.4.2. Caùc coâng trình loaïi boû Phospho baèng phöông phaùp sinh hoïc Phospho khoâng chæ tieâu thuï cho teá baøo hoaït ñoäng maø coøn tích luõy ñeå vi sinh vaät söû duïng khi caàn thieát, buøn chöùa phospho dö seõ ñöôïc xaû ñi, hoaëc khöû hoaëc xöû lyù ñeå giaûi phoùng phospho dö ñoù. Nhö vaäy, vieäc khöû phospho baèng sinh hoïc ñoøi hoûi caû hai loaïi beå phaûn öùng kî khí vaø hieáu khí hoaëc caû hai trong cuøng moät beå. Caû hai quaù trình ñeàu toàn taïi nhö trong hình sau : [ ] Q a Hieáu khí Tuaàn hoaøn Buøn dö Taùch phospho Kî khí Buøn laéng Taùc nhaân laéng Keo tuï Buøn dö Nöôùc trong voâi Doøng traøn Hình 6: Quaù trình xöû lyù sinh hoïc khöû Phospho “Quaù trình Phostrip” 1.4.2.1. Loaïi boû Phospho baèng phöông phaùp phoái hôïp Khöû phospho baèng bieän phaùt sinh hoïc thì ñöôïc thöïc hieän ôû hai loaïi beå phaûn öùng kò khí vaø hieáu khí hoaëc keát hôïp hai cheá ñoä naøy ôû trong cuøng moät beå phaûn öùng. ÔÛ ñieàu kieän hieáu khí, vi sinh vaät caàn nhieàu (P) hôn ôû ñieàu kieän kò khí. ÔÛ anoxic, (P) coù theå giaûi phoùng ra khoûi teá baøo vi sinh vaät. Kò khí Thieáu khí Hieáu khí Qv Qra Tuaàn hoaøn 0.5Q Buøn dö 4Q Hình 7: Quaù trình 5 baäc trong xöû lí Phospho Trong quaù trình hoaït ñoäng caàn theo doõi caùc chæ soá NH4+, PO4-3 ñeå ñieàu chænh löu löôïng tuaàn hoaøn thích hôïp cho vieäc khöû heát caùc chaát dinh döôõng. Trong quaù trình xöû lí, neáu sau vuøng kò khí laø vuøng hieáu khí thì vi sinh vaät seõ tích luõy phospho treân möùc bình thöôøng nhaèm söû duïng khi caàn thieát. Buøn goàm sinh khoái vi sinh vaät vaø moät soá caën lô löûng laéng xuoáng ñaùy, khi aáy seõ giaøu phospho chính laø xaû caën buøn giaøu phospho (P). Dòch buøn giaøu PO4-3 coù theå duøng nöôùc voâi keát tuûa (phosphat canxi). 1.4.2.2. Hoà sinh vaät a. Caáu taïo : Hoà sinh vaät hay oxy hoùa hay hoà oån ñònh nöôùc thaûi laø loaïi coâng trình ñöôïc söû duïng phoå bieán ñeå xöû lyù nöôùc thaûi cuûa thò traán hay khu daân cö nhoû. Hoà thöôøng roäng vaø noâng neân möùc ñoä khuaáy troän seõ toát hôn nhöõng hoà heïp vaø saâu. Hoà thöôøng saâu töø 0,6 – 1,2 (m) vaø thaäm chí 3 – 6 (m) tuøy thuoäc töøng loaïi hoà. Ngaøy nay, ngöôøi ta söû duïng hoà sinh vaät ñeå xöû lyù baäc hai hoaëc baäc ba laø xöû lyù trieät ñeå chaát thaûi. b. Cô cheá hoaït ñoäng : Hoà hoaït ñoäng trong tình traïng hieáu khí. Tuy nhieân cuøng toàn taïi vuøng yeám khí hoaëc vuøng tuøy tieän, söï phaân huûy chaát höõu cô ñöôïc thöïc hieän nhôø sinh vaät maø chuû yeáu laø nhôø vi khuaån, moät phaàn nhoû nhôø Protozoa. Trong soá caùc chaát höõu cô ñöa vaøo hoà caùc chaát khoâng tan seõ bò laéng xuoáng ñaùy hoà coøn caùc chaát tan seõ ñöôïc hoøa loaõng trong nöôùc. Döôùi ñaùy hoà seõ dieãn ra quaù trình phaân giaûi yeám khí caùc hôïp chaát höõu cô nhôø toå hôïp caùc vi sinh vaät yeám khí coù trong lôùp buøn. Caùc saûn phaåm phaân huûy yeám khí tröôùc tieân cho ra caùc chaát axit höõu cô, sau ñoù thaønh NH2, H2S,CH4. Treân vuøng yeám khí laø vuøng tuøy tieän vaø hieáu khí vôùi khu heä vi sinh raát phong phuù trong ñoù coøn coù caùc nhoùm vi khuaån tuøy nghi (Facultative) coù cô cheá phaùt trieån trong ñieàu kieän coù hoaëc khoâng coù oxy töï do. Taûo laø loaïi sinh vaät töï döôõng, chuùng söû duïng cacbonat hoaëc bicacbonat laøm nguoàn cacbon vaø söû duïng caùc chaát dinh döôõng voâ cô nhö phosphate vaø nitô ñeå laøm phaùt trieån theo sô ñoà : CO2 + PO4 + NH3 à phaùt trieån teá baøo môùi + O2 (19) Phaûn öùng thöôøng keøm theo vieäc giaûi phoùng oxy, löôïng oxy ñöôïc giaûi phoùng tyû leä vôùi löôïng CO2 bò phaân huûy. Khi xem xeùt quaù trình trao ñoåi chaát , ta thaáy vi khuaån phaân huûy chaát höõu cô trong ñieàu kieän hieáu khí, taïo nguyeân sinh chaát môùi, CO2. Nöôùc laø nhöõng saûn phaåm cuoái cuøng thì BOD ra khoûi hoà môùi thaáp. Taûo ñoùng vai troø ñaûm baûo cho hoà trong ñieàu kieän hieáu khí. Kî khí Maët trôøi CO2 O2 Taûo Vi khuaån hieáu khí O2 Teá baøo chaát CO2 + NH3 +PO43- Nöôùc ra ñaõ xöû lyù + teá baøo taûo vaø vi khuaån Teá baøo cheát Teá baøo môùi Vi khuaån kî khí Chaát höõu cô (CH2O)n Acid höõu cô (CH3COOH) CH4 + CO2 + NH3 Teá baøo môùi Nöôùc thaûi Chaát raén laéng Buøn laéng Hieáu khí Hình 8: Hoaït ñoäng cuûa hoà sinh hoïc trong xöû lyù nöôùc thaûi Baûng 13 : So saùnh loaïi phospho baèng phöông phaùp hoùa hoïc vaø sinh hoïc Thaønh phaàn quan taâm Phöông phaùp hoùa hoïc Phöông phaùp sinh hoïc Hieäu quaû tinh cheá Buøn Muoái hoùa nguoàn nöôùc Giaù ñaàu tö Giaù vaän haønh Toát tôùi raát toát Nhieàu Coù Nhoû Cao Vöøa phaûi tôùi toát Khoâng aûnh höôûng Khoâng Nhoû à lôùn Nhoû 1.4.2.3. Xöû lí phospho cuûa nöôùc thaûi baèng heä giaù theå baùm dính Caùc hôïp chaát nitrogen (N) vaø phospho (P) trong nöôùc thaûi laø nguyeân nhaân gaây ra hieän töôïng phuù döôõng. Treân thôùi giôùi phöông phaùp phoå bieán ñeå loaïi boû (P) ra khoûi nöôùc thaûi vaån laø phöông phaùp lyù hoùa keát hôïp. Vieäc loaïi boû phospho theo phöông phaùp sinh hoïc baèng heä buøn hoaït tính ñôn lô löõng (single sludge system) chaïy qua caùc vuøng yeám khí, thieáu khí vaø haùo khí laø phoå bieán nhaát. Vaán ñeà ñoù ñoøi hoûi möùc ñaàu tö cao vaø chi phí vaän haønh lôùn (löu löôïng tuaàn hoaøn lôùn 300 - 600%). Maët khaùc, vieäc sao cheùp 100% coâng ngheä cuûa nöôùc ngoaøi seõ khoâng coù hieäu quaû xöû lí nhö mong muoán, do thaønh phaàn nöôùc thaûi caùc thaønh phoá treân thôùi giôùi thì khaùc nhau. Beân caïnh ñoù vieäc xöû lí loaïi boû phospho, vieäc giaûm noàng ñoä (P) döôùi tieâu chuaån cho pheùp baèng phöông phaùp sinh hoïc söû duïng heä vi sinh baùm dính laø khoâng khaû thi. Tuy vaäy, vieäc keát hôïp phöông phaùp sinh hoïc vôùi quaù trình xöû lí hoùa hoïc coù theå mang laïi hieäu quaû mong muoán. Hình 9 : Quaù trình nitrat hoùa vaø quaù trình Anammox NO3- NO2- NO2- N2 NH4+ O2 O2 COD COD Quaù trình nitrat hoùa vaø khöû nitrat truyeàn thoáng ( a ) NO3- NO2- NH4+ N2 O2 O2 COD COD Quaù trình Anammox hay laø oxi hoùa nitô amon qua nitrit ( b ) Moät nghieân cöùu taïi ñaïi hoïc xaây döïng Mat-xcô-va (MGSU), Lieân Bang Nga thì ñöa ra baûng luaän veà cho pheùp loaïi boû (P) ra khoûi nöôùc thaûi sinh hoaït baèng heä vi sinh baùm dính döïa treân nguyeân taéc aên moøn sinh hoïc. Vaät lieäu baùm dính coù coát saét (Fe) ñöôïc söû duïng trong beå aeroten. Caùc maøng sinh hoïc baùm dính leân beà maët kim loaïi thöïc hieän quaù trình aên moøn sinh hoïc leân tuïc laøm noàng ñoä saét trong aeroten taêng ñoät ngoät, taïo ñieàu kieän cho quaù trình keo tuï hoùa lyù phosphat ñöôïc dieãn ra nhanh choùng. Noàng ñoä buøn hoaït tính lô löõng taêng, ñoàng thôøi chæ soá buøn giaûm maïnh. Khi ñoù hieäu quaû loaïi boû phospho (P) ñaït 100% cho nöôùc thaûi sinh hoaït. Nöôùc thaûi sau xöû lí aeroten Fe Nöôùc thaûi vaøo Beå Buøn hoaït tính thöøa Hình 10 : Sô ñoà xöû lí phospho (P) baèng phöông phaùp sinh hoïc söû duïng vaät lieäu baùm dính coát saét khoâng coù buøn hoaït tính tuaàn hoaøn Chæ soá thaønh phaàn nöôùc thaûi Vaøo (tröôùc xöû lí) Ra (sau xöû lí) Phosphat ( PO43+ ); (mg/l) 4 - 12 KXD** -1 BOD5 ; (mg/l) 100 - 250 3 - 10 NH4+ ;(mg/l) 15 - 25 8 - 12 Chöông 2: GIÔÙI THIEÄU VEÀ NHOÙM VI KHUAÅN VAØ CAÙC QUAÙ TRÌNH CHUYEÅN HOÙA COÙ LIEÂN QUAN ÑEÁN XÖÛ LYÙ PHOSPHO 2.1. Toång quan veà nhoùm vi khuaån Anammox Ñoái vôùi nhieàu loaïi nöôùc thaûi coù haøm löôïng caùc chaát dinh döôõng chính nhö (N, P) trung bình vaø cao thì vieäc xöû lí ñeå loaïi boû chuùng tröôùc khi xaû thaûi vaøo moâi tröôøng ñang laø nhu caàu böùc thieát hieän nay. Nguy cô taùc ñoäng lôùn nhaát khi thaûi nöôùc giaøu N, P thaûi vaøo caùc thuûy vöïc 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, gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc (taïo ra muøi tanh, laøm suy giaûm oxy hoøa tan ôû giai ñoaïn suy taøn . . .) vaø laøm boài caïn caùc thuûy vöïc. Ñoái vôùi Phospho (P), tieâu chuaån nöôùc thaûi sau khi xöû lí cuûa Vieät Nam (TCVN 9545 – 1995) quy ñònh noàng ñoä toång phospho trong nöôùc xaû laø 4 – 6 mg/l. Naêm 1995, moät phaûn öùng chuyeån hoùa nitô môùi chöa töôøng ñöôïc bieát ñeán tröôùc ñoù veà caû lí thuyeát vaø thöïc nghieäm ñaõ ñöôïc phaùt hieän. Ñoù laø phaûn öùng oxy hoùa kî khí ammonium (Anaerobic Ammonium Oxidotion à 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 (Strouss vaø CS . . ;1995). Söï phaùt hieän phaûn öùng Anammox ñaõ môû ra caùc höôùng phaùt trieån kyõ thuaät xöû lí nitô, phospho, . . môùi ñaëc bieät laø ñoái vôùi caùc nöôùc thaûi coù haøm löôïng nitô cao. Trong voøng hai thaäp nieân qua, ñaõ buøn 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 maét xích môùi, coøn treân bình dieän coâng ngheä thì ñaõ coù nhaø maùy xöû lyù nitô vaø phospho. Muïc tieâu cuûa phaàn baùo caùo naøy laø nhaèm toång quan moät caùch heä thoáng veà söï phaùt hieän, phaùt trieån, caùc vaán ñeà hoùa sinh vaø vi sinh hoïc cuõng nhö nhöõng aùp duïng cuûa phaûn öùng Anammox noùi chung vaø khaû naêng tìm hieåu veà noù ñeå söû lyù phospho phuïc vuï ñeà taøi. 2.1.1. Söï phaùt hieän phaûn öùng Anammox Thaät ra, phaûn öùng Anammox ñaõ ñöôïc döï baùo töø tröôùc khi phaùt hieän ra noù (Broda,1977). Treân cô sôû tính toaùn nhieät ñoäng hoïc, Broda ñaõ döï baùo veà söï toàn taïi cuûa caùc vi khuaån hoùa töï döôõng coù khaû naêng oxy hoùa ammonium bôûi nitrat, nitrit, khöû ñöôïc phospho vaø thaäm chí veà maët naêng löôïng coøn deã xaûy ra hôn söï oxy hoùa bôûi oxy phaân töû: NH4+ + NO2- à N2 + 2H2O G0 = -357 ( KJ/mol ) (20) 5NH4+ + 3NO3- à 4N2 + 9H2O + 2H+ G0 = -357 ( KJ/mol ) (21) NH4+ + 1.5O2 à NO2- + H+ + H2O G0 = -357 ( KJ/mol ) (22) Maõi ñeán 17 naêm sau baèng chöùng thöïc teá ñaàu tieân cuûa phaûn öùng Anammox môùi ñöôïc phaùt hieän ôû moät beå denitrat hoùa duøng ñeå xöû lyù nöôùc laéng cuûa beå phaân huûy buøn taïi Gist-brocades (Delft ,Haø Lan) à (Mulder et al . . . 1995). Qua theo doõi söï caân baèng nitô, caùc taùc giaû ñaõ phaùt hieän thaáy söï giaûm ñoàng thôøi noàng ñoä ammonium vaø noàng ñoä cuûa nitrat, nitrit, phospho cuøng söï taïo thaønh nitô phaân töû ôû ñieàu kieän kî khí. Nhoùm caùc nhaø khoa hoïc thuoäc ñaïi hoïc kyõ thuaät Deft (TU-Deft) sau ñoù ñaõ tieán haønh caùc nghieân cöùu moâ taû vaø xaùc nhaän ban ñaàu veà quaù trình Anammox. Theo ñoù, Anammox ñöôïc xaùc ñònh laø moät quaù trình sinh hoïc, trong ñoù ammonium ñöôïc oxy hoùa trong ñieàu kieän kî khí vôùi nitrit laø yeáu toá nhaän ñieän töû ñeå taïo thaønh nitô phaân töû . Tieáp theo ñoù laø phaûn öùng Anammox cuõng ñaõ laàn löôït ñöôïc phaùt hieän vaø nhaän daïng taïi caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi bôûi caùc nhaø khoa hoïc Ñöùc (Schmid et al ,2000), Nhaät Baûn (Furakawa et al ,2000), Thuïy Só (Egli et al .,2001), Bæ (Pynaert et al .,2002) vaø ôû Anh (Schmid et al .,2003). Töø söï phaùt hieän treân (trong caùc heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi) caùc nhaø khoa hoïc ñi ñeán vieäc tìm kieám caùc vi khuaån Anammox taïi caùc heä sinh thaùi töï nhieân. Thöïc vaäy, ñaõ chöùng minh ñöôïc raèng phaûn öùng Anammox giöõ 50% vai troø taïo khí nitô trong traàm tích bieån Baltic,trong vuøng nöôùc thieáu khí döôùi ñaùy ñaïi döông ôû Costa Rica. Caùc vi khuaån Anammox thuoäc moät chi môùi cuõng vöøa môùi phaùt hieän ñöôïc trong vuøng nöôùc gaàn ñaùy bieån Ñen(Kuypers et al .,2003). Treân cô sôû caùc phaùt hieän môùi veà phaûn öùng Anammox vaø caùc vi khuaån tham gia maø chu trình chuyeån hoùa nitô töï nhieân ghi nhaän trong caùc saùch giaùo khoa tröôùc ñaây nay ñaõ ñöôïc boå sung moät maét xích, vaø phospho ôû ñaây ñoáng moät vai troø cung caáp naêng löôïng cho caùc phaûn öùng xaûy ra nhö sau: Hình 11 : Chu trình nitô môùi coù theâm maét xít Anammox 2.1.2. Hoùa sinh hoïc cuûa quaù trình Anammox 2.1.2.1. Phöông trình phaûn öùng Phaûn öùng Anammox quaù trình oxy hoùa ammonium bôûi nitrit baèng moät phaûn öùng hoùa hoïc ñôn giaûn vôùi tæ leä mol NH4+ : NO3- = 1 : 1 Treân cô sôû caân baèng khoái löôïng töø thí nghieäm nuoâi caáy laøm giaøu vôùi kyõ thuaät meõ lieân tuïc (SBR), phaûn öùng Anammox ñöôïc xaùc ñònh: NH4+ + 1,32NO2- + 0,066HCO3- + 0,13H+ à à 1,02N2 + 0,26NO3- + 0,066CH2O0.5N0,15 + 2,03H2O (23) Trong ñoù löôïng taïo thaønh löôïng nhoû nitrat töø nitrit ñöôïc giaû thuyeát laø ñeå sinh ra caùc ñöông löôïng khöû khi ñoàng hoùa CO2. Phöông trình naøy ñaõ ñöôïc chaáp nhaän roäng raõi nhö laø ñaïi dieän cho phaûn öùng Anammox khi tính toaùn vaø giaûi thích. 2.1.2.2. Cô cheá sinh hoùa Cô cheá chuyeån hoùa noäi baøo cuûa phaûn öùng Anammox ñeán nay vaån chöa ñöôïc laøm saùng toû hoaøn toaøn. Söû duïng phöông phaùp ñoàng vò 15N ñaõ ñeà caäp moät cô cheá sinh hoùa cuûa Anammox nhö hình döôùi ñaây ( Jetten et al .,2001 ). Hình 12: Sinh hoùa cuûa quaù trình Anammox P-PO4 - NR : enzyme khöû nitrit ( saûn phaåm giaû thuyeát laø NH2OH ) - HH : hydrazine hydrolase ( xaùc taùc phaûn öùng taïo hydrazyne töø ammonium vaø hydroxylamine ) - HZO: enzyme oxy hoùa hydrazine (töông töï enzyme hydroxylamine oxido reductase töùc laø HAO ôû Nitrosomonas). Theo ñoù, quaù trình ñi qua saûn phaåm trung gian laø hydrazine (N2H4). HZO moät enzyme töông töï nhö enzym HAO tham gia trong quaù trình oxy hoùa hieáu khí ammonium, seõ xuùc taùc cho söï oxy hoùa hydrazine thaønh nitô phaân töû (G0 = -288 KJ/mol). Caùc ñieän töû töø quaù trình oxy hoùa naøy (4e-) seõ ñöôïc chuyeån cho söï khöû nitrit thaønh hydroxylamine vôùi söï xuùc taùc cuûa moät enzyme ñöôïc taïm goïi laø NR (G0 =-22.5 KJ/mol). Hydroxylamine taïo ra seõ phaûn öùng ngöng tuï vôùi ammonium ñeå taïo ra hydrazine môùi (xuùc taùc bôûi enzyme HH (G0 =-46 KJ/mol)). Chu trình xuùc taùc nhö theá cöù theá seõ ñöôïc laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn. Caùc baèng chöùng ban ñaàu cho thaáy phaûn öùng ngöng tuï ammonium vôùi hydroxylamine vaø oxy hoùa hydrazine xaûy ra beân trong moät theå goïi laø anammoxosome. Anammoxosome naèm trong teá baøo chaát, bao boïc bôûi maøng lipid laderane vaø coù theå taùch nguyeân veïn töø teá baøo Anammox (Lindsay et al .,2001). Tính chaát vaø chöùc naêng cuûa Anammoxosome vaãn ñang ñöôïc tieáp tuïc nghieân cöùu vaø ñöôïc coi laø moät trong caùc vaán ñeà thuù vò cuûa sinh hoïc teá baøo (Van Niftrik et al .,2004). Hình I3: Teá baøo Anammox (van Niftrik et al., 2004) - Cell wall: thaønh teá baøo - Intracytoplasm: maøng trong teá baøo chaát - Cytoplasmic, membrane: maøng teá baøo chaát - Nucleoid: theå nhaân. Moät ñieåm khaù thuù vò lieân quan ñeán enzyme HZO cuûa vi khuaån Anammox laø coù caáu truùc töông töï HAO trong caùc vi khuaån Nitrosomonas, töùc laø chöùa caùc cytochromec vôùi nhaân haáp thuï maïnh ôû 468 nm (töông töï P460 cuûa HAO) (Jetten et al., 2001). Vì ion trung taâm cuûa caùc haem naøy laø saét (FeII vaø FeIII), neân caùc vi khuaån Anammox coù maøu ñoû ñaëc tröng khi quaàn tuï ôû maät ñoä lôùn. Xuaát hieän maøu ñoû trong buøn hoaït tính laø moät chæ thò toát veà söï hieän dieän cuûa vi khuaån Anammox. 2.1.3. Vi sinh hoïc cuûa quaù trình Anammox 2.1.3.1. Ñònh danh vaø phaân loaïi vi khuaån Anammox Ñeán nay ñaõ coù 3 chi cuûa vi khuaån Anammox ñöôïc phaát hieän, bao goàm Brocadia ,Kuenenia vaø Scalindua. Veà maët phaân loaïi, caùc vi khuaån naøy laø nhöõng thaønh vieân môùi vaø taïo thaønh phaân nhaùnh saâu cuûa ngaønh Planctomycetes, boä Planctoycetales (Schmid et al .,2005). ÔÛ tröôøng hôïp phaùt hieän ñaàu tieân, buøn kî khí ñöôïc nuoâi caáy laøm giaøu baèng phöông phaùp meû lieân tuïc (SBR), vi khuaån ñöôïc taùch baèng kyõ thuaät ly taâm gradient tyû troïng, chieát xuaát DNA, roài tieán haønh phaân tích trình töï 16S rDNA. Keát quaû phaân tích trình töï cho thaáy thuoäc phaân nhaùnh planctomycete saâu vaø ñöôïc ñaët teân laø Candidatus Brocadia Anammoxidans. Brocadia laø teân cuûa traïm xöû lyù pilot, ñoù laø nôi laàn ñaàu tieân phaùt hieän ra vi khuaån Gist-brocades (Strous .,1999). Planctomycetales ñöôïc bieát laø moät nhoùm caùc vi khuaån coù nhieàu ñaëc ñieåm rieâng bieät nhö thaønh teá baøo khoâng chöùa peptidoglycan, sinh saûn baèng ñaâm choài, phaân khoang noäi baøo . . . (Jetten et al .,2001). Treân cô sôû keát quaû phaân tích trình töï phaân töû 16S rDNA vaøo naêm 2000, caùc vi khuaån anammox phaùt hieän ôû heä xöû lyù RBC ôû Stuttgart (Ñöùc) ñöôïc xaùc ñònh laø môùi (ñoä töông töï döôùi 90% so vôùi B.anammoxdans) vaø ñöôïc ñaët teân laø Candidatus Kuenenia stuttgartiensis (Schmid et al .,2000). Sau ñoù vi khuaån Anammox ñöôïc phaùt hieän ôû Thuïy Só (Egli et al .,2001), Bæ (pynaert et al .,2002) vaø cuõng ñöôïc xaùc nhaän chính laø Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. [ 4 ] ÔÛ PTN thuoäc ñaïi hoïc Kumamoto (Nhaät Baûn), trong quaù trình nuoâi caáy lieân tuïc ôû ñieàu kieän kî khí töï döôõng treân vaät lieäu baùm laø moät daïng polyester ñöôïc thieát keá ñaëc bieät (non-woven), phaûn öùng Anammox vaø daáu hieäu maøu ñoû ñaëc tröng cuûa buøn sinh khoái vi khuaån anammox ñaõ ñöôïc phaùt hieän (Furukawa et al .,2000). Keát quaû phaân tích trình töï 16S rDNA treân vi sinh vaät töø maøng sinh hoïc sau ñoù ñaõ phaùt hieän caùc vi khuaån Anammox naøy cuõng coù ñoä töông ñoàng khaù cao vôùi C.Brocadia anammoxidans (92.2%) vaø töông ñoàng raát thaáp vôùi caùc nhoùm khaùc ñaõ bieát tröôùc ñoù. Treân cô sôû ñoù, moät doøng vi khuaån Anammox môùi kyù hieäu laø KSU-1 trong haøng nguõ caùc Planctomycetes (Fujii et al .,2002). [ 5 ] Laàn ñaàu tieân vi khuaån Anammox cuõng ñöôïc phaùt hieän trong heä sinh thaùi töï nhieân laø ôû vuøng nöôùc ngheøo oxy cuûa bieån Ñen. Keát quaû phaân tích trình töï 16S rDNA cho thaáy 87.9% vaø 87.6% töông töï vôùi caùc vi khuaån Kuenenia vaø Brocadia ñaõ bieát, nhö vaäy vi khuaån phaùt hieän naøy laïi thuoäc moät chi khaùc vaø ñöôïc ñaët teân laø Candidatus Scalindua sorokinii (Kuypers et al .,2003). Caùc loaøi Anammox khaùc ñaõ ñöôïc phaùt hieän töø ñóa quay sinh hoïc nitrat hoùa taïi moät nhaø maùy xöû lyù nöôùc thaûi ôû Pitsea (Anh).Keát quaû moâ taû vaø phaân tích trình töï 16S rDNA cho thaáy chuùng thuoäc cuøng chi Scalindua, va ñaõ ñöôïc ñaët teân laø Candidatus “Scalindua brodae”, Candidatus “Scalindua wagneri”.Ñoä töông töï veà trình töï 16S rDNA giöõa hai loaøi laø 93% (Schmid et al .,2003). Moät trong caùc vaán ñeà ñaùng löu yù laø vi khuaån Anammox sinh tröôûng raát chaäm (thôøi gian nhaân ñoâi khoaûng hôn 3 tuaàn), neân vieäc nuoâi caáy, phaân laäp gaëp nhieàu khoù khaên. Tuy nhieân, nhôø vaøo kyõ thuaät sinh hoïc phaân töû, vieäc phaùt hieän tröïc tieáp treân maãu soáng (in situ) neân vieäc ñònh danh caùc vi khuaån Anammox phaân laäp ñöôïc tieán haønh thuaän lôïi. Haøng chuïc “ cöïc doø ” nucleotide (oligonucleotide probes) duøng cho vieäc phaùt hieän baèng FISH (fluorescent in situ hybridization) vaø nhieàu ñoaïn moài (primers) ñaëc tröng cho phaûn öùng PCR khueách ñaïi gen 16S rDNA cuûa vi khuaån Anammox ñaõ ñöôïc thieát keá ( Schmid et al .,2005 ). Hình 14 giôùi thieäu caây phaùt sinh loaøi (phylogenetic tree) treân cô sôû gen 16S rDNA cuûa caùc vi khuaån Anammox, ñoàng thôøi chæ ra moái quan heä cuûa caùc chi Anammox vôùi caùc chi khaùc trong boä Planctomycetales (A) vaø giöõa caùc chi Anammox ñaõ ñònh danh vôùi caùc doøng Anammox môùi phaùt (B). Caùc sô ñoà cho thaáy tính ña daïng gen cuûa caùc Planctomycetes vaø caùc vi khuaån Anammox. Moät vaán ñeà toàn taïi ñang ñöôïc tieáp tuïc nghieân cöùu laø maëc duø giöõa 3 chi Anammox ñaõ bieát coù chung toå tieân, nhöng hôi khaùc nhau veà maët tieán hoùa (ñoä töông ñoàng nhoû hôn 85% à döïa vaøo keát quaû phaân tích trình töï phaân töû 16S rDNA), trong khi chuùng laïi coù nhöõng töông ñoàng roõ reät veà maët phenotype: toác ñoä sinh tröôûng laïi nhö nhau, ñeàu coù caáu töû anammoxosome vôùi lôùp maøng ñeàu chöùa lipid ladderance. 2.1.3.2. Caây phaùt sinh loaøi cuûa nhoùm vi khuaån Anammox Hình 14 : Caây phaùt sinh loaøi cuûa nhoùm vi khuaån Anammox Ghi chuù : (A), (B) à (Schmid et al .,2005) (A):Quan heä vôùi caùc chi khaùc thuoäc boä Planctmycetales (B):Quan heä giöõa caùc chivaø doøng coù hoaït tính Anammox 2.1.4. Ñaëc ñieåm sinh lyù cuûa vi khuaån Anammox Vi khuaån Anammox coù theå hoaït ñoäng trong khoaûng nhieät ñoä töø 20 ñeán 43oC (toái öu ôû 40oc ), pH töø 6.4 – 8.3 ( toái öu ôû pH 8.0 ). ÔÛ ñieàu kieän toái öu, toác ñoä tieâu thuï cô chaát rieâng cöïc ñaïi laø 55 (mol) NH4 –N/g protein/min. AÙi löïc vôùi caùc cô chaát ammonium vaø nitrit raát cao ( haèng soá aùi löïc döôùi 10M). ÔÛ noàng ñoä 100 (mM), ammonium vaø nitrat khoâng bò öùc cheá bôûi nitrit ôû noàng ñoä treân 20(mM). Khi tieáp xuùc vôùi noàng ñoä nitrat treân 5(mM) trong thôøi gian daøi (12h), hoaït tính ammonium bò maát hoaøn toaøn. Tuy nhieân hoaït tính seõ ñöôïc hoài phuïc khi theâm löôïng veát 50(M) moät trong caùc saûn phaåm trung gian cuûa phaûn öùng Anammox laø hydrazin hay hydrolamin. Hoaït tính Anammox bò öùc cheá hoaøn toaøn ôû noàng ñoä oxy treân 0.5% baõo hoøa khoâng khí (Strous et al., 1999). Baûng 14: Taäp hôïp moät soá thoâng soá sinh lyù ñaëc tröng cuûa phaûn öùng Anammox so saùnh vôùi oxy hoùa ammonium hieáu khí Thoâng soá Ñôn vò Anammox (NH4++ NO2-® N2) AOB (NH+4 + O2 ® NO-2) DG0 kJ/mol -357 -275 Y mol-C/mol-N 0.066 0.08 qmax hieáu khí nmol/min/mg/protein 0 200 – 600 qmax kî khí nmol/min/mg/protein 60 2 mmax /h 0.003 0.04 DT ngaøy 10.6 0.73 Ks (NH4+) mM 5 5 – 2600 Ks (NO2-) mM <5 K.A Ks (O2) mM K.A 10-50 Chuù thích: - DG0 :naêng löôïng töï do;- Y : hieäu suaát taïo sinh khoái - qmax : hoaït tính cöïc ñaïi;- mmax : toác ñoä sinh tröôûng cöïc ñaïi - DT : thôøi gian nhaân ñoâi;- Ks : heä soá aùi löïc - K.A : khoâng aùp duïng (Jetten et al., 2001) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla1 - 47)(AF 202655) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla1)(AF 202660) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla2 - 48)(AF 202663) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla2 - 19)(AF 202661) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla12 - 22)(AF 202662) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla1 - 14)(AF 202659) Candidatus Brocadia anammoxidans (AJ 131819) Uncultured anoxic sludge bacterium KU-1 (AB054006),A8 Uncultured planctomycetes KSU - 1 (AB057453, this study) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla1 - 48)(AF 202656) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis (anoxic biofim clone Pla1 - 44)(AF 202657) Anaerobic ammonium – oxidizing planctomycete GR – WP33-41 (AJ296629) Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis(anoxic biofim clone Pla2 - 10)(AF 202658) Anaerobic ammonium – oxidizing planctomycete KOLL2a (AJ250882) Anaerobic ammonium – oxidizing planctomycete GR – WP33-37 (AJ301578) Anaerobic ammonium – oxidizing planctomycete GR – WP54-11 (AJ296620) Uncultured anoxic sludge bacterium KU 2 (AB054007) Anaerobic ammonium – oxidizing planctomycete GR – WP33-37 (AJ301578) Anaerobic ammonium – oxidizing planctomycete GR – WP33-41 (AJ296629) Hình 14: Moái lieân heä di truyeàn cuûa Anammox Baûng 15: Toùm taét quaù trình nghieân cöùu vaø phaùt trieån Anammox cuûa caùc quoác gia treân theá giôùi (Luiza Gut,2006) Quoác gia Noäi dung nghieân cöùu chính Taùc giaû Haø Lan Microbiology, application of the Anammox process, full-scale and pilot-plant experiments; physiology of the Anammox bacteria, marine microbiology, biomarkers for detection of Anammox bacteria; the IcoN (Improved control and application of nitrogen cycle bacteria for Nitrogen removal from wastewater) Van Loosdrecht and Jetten (1998); Jetten et al. (1997, 1999, 2002) Ñöùc Deammonification biofilm moving-bed technology , Microbiology, application of the Anammox process, physiology of the Anammox bacteria Rosenwinkel et al. (2005) Hippen et al. (1997); Helmer et al. (1999, 2001); Seyfried et al. (2001); Rosenwinkel and Cornelius(2005); Rosenwinkel at al. (2005) Bæ Modelling, simulation, optimisation, technological aspects of Anammox process, the IcoN project Verstraete and Philips (1998); Pynaert et al. (2002); Volcke et al. (2002); Van Hulle (2005); IcoN project web page; Anh Microbiological studies Microbiology in estuarine sediments Mohan et al. (2004) Trimmer et al. (2003) Thuïy Só Aspects of Anammox process, application of the Anammox process Siegrist et al. (1998); Egli et al. (2001); Fux et al. (2002); Egli (2003); Fux (2003 Taây Ban Nha De Compostela Application of the Anammox process, inhibition studies, enrichment, modelling; the IcoN project Model-based evaluation of the Anammox process Dapena-Mora et al. (2004, 2005) Domínguez et al. (2005) Thoå Nhó Kyø Stimulation of the Anammox activity; inhibition studies Güven et al. (2004, 2005) Thuî Ñieån Deammonification moving-bed technology; technical-scale and lab-scale pilot plant studies; one-set and two-step technology; modelling studies Marine microbiology Płaza et al. (2002); Szatkowska (2004); Szatkowska et al. (2003a,b; 2004a,b); Trela et al. (2004a,b,c); Gut et al. (2005) Engström (2004) Ba Lan Kinetics of the Anammox process; technological aspects of Anammox process, application of the Anammox process (laboratory-scale experiments) Surmacz-Górska et al. (1997); Cema et al. (2005a,b) Uùc Molecular microbial ecology of the Anammox bacteria Anammox process in the CANON system Third et al. (2001); Third (2003) Myõ Application of the Anammox process for poultry manure Dong and Tollner (2001) Nhaät Granulation of the Anammox bacteria, application of the Anammox process Molecular Biological Analysis of Anammox, laboratory-scale experiments Furukawa et al. (2001); Imajo et al. (2004) Nagaoka University web page Haøn Quoác Application of the Anammox process for piggery waste Ahn et al. (2004); Hwang et al. (2004) Trung Quoác Modelling of a partial nitritation-Anammox biofilm process; laboratory-scale experiments Granulation of the Anammox bacteria; laboratory-scale experiments Start-up of the deammonification process; laboratory-scale experiments Anammox process technology; laboratory-scale experiments Enrichment and cultivation of Anammox microorganisms Hao and van Loosdrecht (2003, 2004 Jianlong and Jing (2005) Li et al. (2004) Wang et al. (2004) Huang et al. (2004) 2.2. Quaù trình lieân quan ñeán xöû lí phospho baèng sinh hoïc 2.2.1. Quaù trình SHARON Quaù trình Sharon ñöôïc öùng duïng trong caùc heä thoáng khöû nitô cho nöôùc thaûi töø caùc nhaø veä sinh vaø nhöõng nguoàn nöôùc thaûi coù haøm löôïng ammonium cao. Sharon (Single reactor for High Activity Ammonium Removal Over Nitrite) laø thieát bò phaûn öùng ñôn duøng cho vieäc khöû amonium coù hoaït tính cao thoâng qua nitrit. Quaù trình Sharon ñöôïc thöïc hieän trong moät thieát bò phaûn öùng ñôn giaûn, söï tieáp xuùc xaûy ra khoâng caàn coù biomass. Coù theå so saùnh quaù trình Sharon vôùi söï loaïi boû ammonium thoâng qua quaù trình nitrat hoùa vaø khöû nitrat, ta thaáy raèng quaù trình Sharon bieán ñoåi ammonium thaønh nitrit sau ñoù khöû nitrit thaønh khí nitô. Ñieàu naøy tieát kieäm ñöôïc löôïng cacbon höõu cô vaø naêng löông ñaùng keå. NH4+ + 1.5 O2 = NO2- + H2O + 2H+ (24) Söï oxy hoaù NH4+ döøng laïi ôû NO2- baèng caùch taïo ra ñieàu kieän thích hôïp cho vi khuaån nitrat hoùa hoaït ñoäng. Söï oxy hoaù nitrit coù theå ngaên chaën khi taêng nhieät ñoä. Vi khuaån Nitrosomonas laø loaïi vi khuaån oxy hoùa ammonium thaønh nitrit, phaùt trieån vôùi toác ñoä cao hôn vi khuaån Nitrobacter laø loaïi tham gia trong quaù trình nitrit thaønh nitrat. Ñieàu naøy ñöôïc söû duïng trong thieát keá heä thoáng Sharon. Baèng caùch choïn thôøi gian löu ñuû noùng, luùc ñoù quaù trình nitrat hoùa ammonium seõ döøng laïi ôû söï taïo thaønh nitrit . Ñieàu kieän thích hôïp ñöôïc nghieân cöùu ñaõ ñöôïc öùng duïng cho nhaø maùy söû lyù nöôùc thaûi ôû Haø Lan coù caùc thoâng soá sau : Thôøi gian löu töø 1 à 2.5 ngaøy trong thieát bò SBR ,nhieät ñoä töø 250 – 300C ,pH töø 7 – 8.5 . 2.2.2. Quaù trình CANON Trong töï nhieân luoân luoân toàn taïi nhieàu loaïi vi sinh vaät coù tính chaát vaø chöùc naêng khaùc nhau. Thoâng thöôøng ngöôøi ta vaãn phaân ra hai loaïi laø hieáu khí vaø kî khí döïa vaøo möùc ñoä thích nghi vaø phaùt trieån cuûa chuùng trong ñieàu kieän moâi tröôøng coù oxy hay khoâng. Trong caùc coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi, caùc vi sinh vaät hieáu khí vaø kî khí ñoùng moät vai troø quan troïng trong vieäc choïn coâng ngheä vaø thieát bò xöû lyù. Theo quan ñieåm töø tröôùc ñeán nay, chuùng phaûi ñöôïc cho vaøo hai moâi tröôøng khaùc nhau ôû hai ñieàu kieän khaùc nhau trong hai thieát bò phaûn öùng khaùc nhau ñeå thöïc hieän toát vai troø cuûa mình . Maõi ñeán nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc nhaø coâng ngheä sinh hoïc ñaõ “gheùp ñoâi” thaønh coâng hai loaïi vi khuaån hieáu khí, kî khí vaø ñieàu naøy laø moät böôùc ñoät phaù quan troïng coù yù nghóa raát lôùn ñeán söï phaùt trieån cuûa ngaønh coâng ngheä sinh hoïc noùi chung vaø kyõ thuaät moâi tröôøng noùi rieâng. Khi cuøng soáng chung trong moät moâi tröôøng nhö vaäy, ngöôøi ta nhaän thaáy raèng thöùc aên yeâu thích cuûa chuùng laø nöôùc thaûi giaøu ammonium. Ñaây laø moät döõ lieäu raát toát ñeå phaùt trieån moät kyõ thuaät môùi cho vieäc xöû lyù nöôùc thaûi giaøu ammonium tieác kieäm vaø hieäu quaû hôn . Cho ñeán nay, caùc nhaø vi sinh vaät hoïc vaån nghó raèng Anammox kî khí vaø vi khuaån Nitrosomonas hieáu khí khoâng theå soáng chung trong moät thieát bò phaûn öùng. Nhöng ôû noàng ñoä oxy raát thaáp vaø moät löôïng NH4 dö thì hai loaïi naøy coù theå soáng chung ñöôïc. Khaùm phaù naøy cuûa nhaø vi sinh vaät hoïc DELFT ñöôïc goïi laø Canon ( Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite ) coù nghóa laø quaù trình loaïi boû hoaøn toaøn nitô töï döôõng coù söï tham gia cuûa nitrit. Thöïc teá vi khuaån trong nöôùc thaûi coù theå töï hoaït ñoäng maø khoâng caàn phaûi cung caáp theâm dinh döôõng cho chuùng, chæ caàn theâm vaøo moâi tröôøng moät ít oxy khoâng khí. Loaïi vi khuaån Anammox ñoû vaø moät loaïi thuoäc nhoùm Nitrosomonas theo nghieân cöùu cuûa DELFT ñaõ taïo thaønh moät caëp aên yù. Quaù trình dieãn ra nhö sau : Vi khuaån Anammox bieán nitrit thaønh nitô töï do, noù duøng ammonium laø nguoàn cung caáp thöùc aên; trong khi ñoù vi khuaån thuoäc nhoùm Nitrosomonas tham gia vaøo quaù trình nitrat hoùa maø chuû yeáy laø giai ñoaïn chuyeån hoùa ammonium thaønh nitrit. Hai loaïi vi khuaån naøy laøm vieäc chung ñeå chuyeån hoùa ammonium trong nöôùc thaûi,laø moät chaát ñoäc ñoái vôùi caùc loaøi thuûy sinh thaønh khí nitô töï do ñöôïc xem laø voâ haïi ñoái vôùi moâi tröôøng. Khi nghieân cöùu quaù trình treân caùc nhaø khoa hoïc ñaõ ñöa ra nhaän xeùt raèng (Nhöõng phaàn töû hieáu khí ñaõ baûo veä nhöõng phaàn töû kî khí). Trong quaù trình hoaït ñoäng chung nhö vaäy, hai loaïi vi khuaån treân ñaõ taïo neân moät lôùp boâng buøn vaø beân trong laø nhöõng phaàn töû kî khí,ñieàu naøy ñöôïc chöùng minh baèng caùch noàng ñoä oxy ñaõ khoâng phaùt hieän ñöôïc baèng ñaàu doø. Löôïng oxy ñöôïc cho vaøo vöøa ñuû ñeå oxy hoùa heát moät nöõa löôïng ammonium trong thieát bò phaûn öùng, löôïng naøy seõ chuyeån thaønh nitrit, löôïng ammonium coøn laïi seõ tham gia phaûn öùng vôùi nitrit sinh ra vôùi taùc duïng cuûa Anammox. Nhö vaäy löôïng oxy phaûi tính toaùn chính xaùc laø ñieàu caàn thieát ñeå ñaït ñöôïc caân baèng giöõa ammonium vaø oxy. Neáu cho quaù nhieàu oxy seõ daãn ñeán vieäc oxy hoùa caùc phaàn töû khoâng mong muoán, caùc phaàn töû naøy söû duïng oxy ñeå chuyeån hoùa nitrit thaønh nitrat. Hieän töôïng naøy gaây baát lôïi cho quaù trình söû lyù nöôùc vì oâ nhieãm ammonium seõ chuyeån thaønh oâ nhieãm nitrat. 2.2.3. Quaù trình SNAP (Single-satge Nitrogen removal using Anammox Partial nitritation) Quaù trình SNAP laø moät nghieân cöùu môùi ñaõ keát hôïp ñoàng thôøi hai quaù trình nitritation vaø Anammox trong moät thieát bò phaûn öùng, hay noùi caùch khaùc laø keát hôïp ñöôïc nhoùm vi khuaån Nitrosomonas vaø nhoùm vi khuaån Anammox trong ñieàu kieän kieåm soaùt ñöôïc nguoàn oxy cung caáp ñeå oxy hoaù ammonium trong giai ñoaïn ntritation nhöng ñoàng thôøi khoâng aûnh höôûng ñeán giai ñoaïn Anammox (Luiza Gut, January 2006). Sau giai ñoaïn ban ñaàu thì chuùng baét ñaàu laøm vieäc chung moät caùch raát hieäu qua. Quaù trình naøy seõ taïo ra moät coâng ngheä xöû lyù ammonium trong nöôùc thaûi coù noàng ñoä cao raát toát. Influent Effluent Air Partition wall Acryl resin fiber Hình 15: Moâ hình SNAP cuûa Uni. Kumamoto, Nhaät, 2006 2.2.4. Quaù trình nitrat – khöû nitrat ÔÛ giai ñoaïn nitrat, ammonium trong nöôùc thaûi ñöôïc oxi hoùa ñeán nitrat qua 2 böôùc nitrit vaø tieáp tuïc oxy hoùa nitrit thaønh nitrat. Ñaây laø giai ñoaïn xaûy ra trong ñieàu kieän hieáu khí. Caùc phaûn öùng ñöôïc moâ taû nhö sau: 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O (25) 2NO2- + O2 2NO3- (26) NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O (27) Neáu tính ñeán söï ñoàng hoùa nitô vi khuaån sinh tröôûng thì phaûn öùng toång theå cuûa giai ñoaïn nitrat hoùa ñöôïc vieát nhö sau (Gujer and Jenkins, 1974): NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3- 0,021 C5H7NO2 + 0,98 NO3- + + 1,041H2O + 1,88H2CO3 (28) Vi sinh vaät tham gia phaûn öùng (1) thöôøng goïi laø caùc vi khuaån oxy hoùa ammonium (Ammonium Oxidizing Bacteria - AOB), chuû yeáu laø caùc vi khuaån thuoäc chi Nitrosomonas vaø moät soá chi khaùc nhö Nitrosococcus, Nitrosospria, Nitrosolobus, Nitrosovibrio .... Töông töï, caùc vi khuaån NOB (Nitrit Oxydizing Bacteria) tham gia phaûn öùng (2) chuû yeáu laø vi khuaån thuoäc chi Nitrobacter vaø moät soá chi khaùc nhö Nitrospina, Nitrococcus vaø Nitrospira môùi ñöôïc phaùt hieän gaàn ñaây (Suwa et al ., 1994; Schramm et al ., 1998). Giöõa caùc AOB vaø NOB coù nhöõng khaùc bieät veà ñieàu kieän taêng tröôûng, do ñoù coù theå söû duïng söï khaùc bieät naøy choïn loïc theo öu theá caïnh tranh. ÔÛ giai ñoaïn khöû nitrat, nitrat ñöôïc khöû thaønh nitrit roài thaønh khí nitô (N2) qua moät soá saûn phaåm trung gian. 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 laø methanol, etanol, acetate, glucose,.. (nguoàn carbon boå sung töø 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 (29) 6 NO2- + 3 CH3OH " 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH- (30) 6 NO3- + 5 CH3OH " 3 N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH- (31) Döïa vaøo keát quaû phaân tích trình töï phaân töû (16S rDNA), trong khi chuùng laïi coù nhöõng töông ñoàng roõ reät veà maët phenotype: toác ñoä sinh tröôûng laïi nhö nhau, ñeàu coù caáu töû Anammoxosome vôùi lôùp maøng ñeàu chöùa lipid ladderance. Phaûn öùng toång theå cuûa giai ñoaïn denitrat hoùa keøm theo söï ñoàng hoùa nitô ñeå teá baøo vi khuaån sinh tröôûng coù daïng sau (McCarty et al., 1969): NO3- + 1.08 CH3OH + H+ à à 0.065 C5H7NO2 + 0.47 N2 + 0.76 CO2 + 2.44 H2O (32) Giöõ vai troø khöû nitrat trong quaù trình naøy 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 keá theo trình töï nitrat – khöû nitrat (post-denitrification) hay ngöôïc laïi (pre-denitrification). Trong tröôøng hôïp thöù nhaát, nguoàn carbon beân ngoaøi phaûi ñöôïc cung caáp cho beå khöû nitrat, coøn trong tröôøng hôïp thöù hai, phaûi caàn moät doøng hoài löu lôùn töø beå nitrat. Toùm laïi, ôû quaù trình naøy moät löôïng P-PO4 trong nöôùc thaûi bò caùc vi khuaån tieâu thuï raát lôùn ñeå taïo nguoàn naêng löôïng cho caùc teá baøo vi khuaån phaùt trieån maø ñaëc bieät laø nhoùm vi khuaån Nitrosomonas. Chöông 3: VAÄT LIEÄU VAØ PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 3.1. Phöông phaùp nghieân cöùu cuûa ñeà taøi Vi khuaån söû duïng phospho ñeå toång hôïp thaønh teá baøo vaø vaän chuyeån naêng löôïng, keát quaû laø töø 10 à 30 % löôïng phospho ñöôïc khöû trong quaù trình khöû BOD. Khöû phospho ñöôïc thöïc hieän baèng caùch laéng thaønh caën ñeå loaïi boû caùc teá baøo chöùa löôïng phospho trong quaù trình sinh saûn vaø hoaït ñoäng. Cô sôû cuûa quaù trình khöû phospho baèng vi sinh nhö sau: - Moät soá vi khuaån coù khaû naêng chöùa moät löôïng dö phospho nhö laø polyphosphat trong teá baøo cuûa chuùng. - Moät soá saûn phaåm leân men ñôn giaûn ñöôïc sinh ra trong ñieàu kieän yeám khí nhö laø axit beùo bay hôi. . . ñöôïc caùc vi khuaån ñoàng hoùa thaønh caùc saûn phaåm chöùa beân trong teá baøo ñoàng thôøi vôùi vieäc giaûi phoùng phospho. - Trong ñieàu kieän hieáu khí naêng löôïng sinh ra do oxy hoùa polyphosphat vaø caùc saûn phaåm khaùc chöùa trong teá baøo taêng leân. Trong thöïc teá khi xöû lí phospho baèng phöông phaùp sinh hoïc aùp duïng qui trình yeám khí tieáp noái vôùi qui trình hieáu khí. - Ñaàu tieân trong ñieàu kieän yeám khí vi khuaån taùc ñoäng ñeán caùc axit beùo bay hôi coù saün trong nöôùc thaûi ñeå giaûi phoùng phospho. - Tieáp ñeán moâi tröôøng hieáu khí vi khuaån haáp thuï phospho cao hôn möùc bình thöôøng, phospho luùc naøy khoâng nhöõng chæ caàn cho vieäc toång hôïp, duy trì teá baøo vaø vaän chuyeån naêng löôïng maø coøn ñöôïc vi khuaån chöùa theâm moät löôïng dö vaøo trong teá baøo ñeå söû duïng ôû nhöõng giai ñoaïn hoaït ñoäng tieáp theo. 3.1.1. Giôùi thieäu caùc xí nghieäp chaên nuoâi heo ôû thaønh phoá vaø vieäc laáy maãu Chaên nuoâi heo laø moät trong nhöõng lónh vöïc hoaït ñoäng kinh teá quan troïng cuûa TP.Hoà Chí Minh. Moãi xí nghieäp ñeàu nuoâi treân 2000 con heo, moãi ngaøy thaûi ra töø 100 ñeán 300 (m3) nöôùc thaûi ñoù laø caùc xí nghieäp: Xí nghieäp chaên nuoâi 19/5 (phöôøng Linh Xuaân – Thuû Ñöùc), Xí nghieäp chaên nuoâi heo Goø Sao (aáp 7, Thanh Xuaân, quaän 12), xí nghieäp chaên nuoâi heo 3 thaùng 2 (Linh Xuaân, Thuû Ñöùc),xí nghieäp Gia Coâng (Phuù Nhuaän), Ñoàng Hieäp (Thuû Ñöùc).. 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, Bình Chaùnh, Nhaø Beø, Caàn Giôø. - Vieäc laáy nöôùc thaûi treân coâng trình ñaõ coù ôû xí nghieäp lôïn gioáng Ñoâng AÙ –Dó An –Bình Döông. Laáy ôû beå soá hai cuûa beå Aerotank. Vaø noàng ñoä cuûa caùc chæ tieâu ñöôïc theå hieän ôû (baûng 16) - Ñöôïc thöïc hieän trong phaïm vi moâ hình thí nghieäm (phoøng bieán ñoåi sinh hoïc tröïc thuoäc vieän Sinh Hoïc Nhieät Ñôùi), vôùi coâng suaât 10 lít/ngaøy. Baûng 16: Noàng ñoä caùc thaønh phaàn ñaàu vaøo cuûa nöôùc thaûi chaên nuoâi heo STT Caùc thaønh phaàn Coâng thöùc Thoâng soá (mg/l) 1 Haøm löôïng caën lô löûng SS 100 ± 50 2 Nhu caàu oxy hoùa hoïc COD 300 ± 50 3 Haøm löôïng Amoni N-NH4 290 – 420 4 Haøm löôïng Nitrit N-NO2 0.2 – 2.5 5 Haøm löôïng Nitrat N-NO3 2.2 ± 2 6 Haøm löôïng Phospho P-PO4 22 – 55 3.1.2. Löïa choïn chaát mang cho vi khuaån baùm dính - Söû duïng caùc maûnh vôû cuûa vaät lieäu V1 (vaät lieäu voâ cô). - Coù beà maët nhaùm, saàn, . . . raát thích hôïp cho vi khuaån baùm dính. 3.1.3. Nhoùm vi khuaån caàn quan taâm - Vi khuaån Anammox - Vi khuaån Nitrosomonas 3.2. Vaät lieäu vaø phöông phaùp phaân tích 3.2.1. Phöông phaùp phaân tích Thaønh phaàn hoùa hoïc trong moâ hình thöïc nghieäm laø : N-NH4 , N-NO3 ,N-NO2, P-PO4, COD, pH, . . .ñöôïc phaân tích theo caùc phöông phaùp trong “standard methods for the examination of water and wastewater” vôùi maùy so maøu thermo spectronic moder 4001/4, USA, maùy TOA, model 22, Japan vaø maùy ño pH (model 2000 VWR scientific, USA). Vieäc thöïc hieän phaân tích taïi phoøng phaân tích moâi tröôøng cuûa Vieän Sinh hoïc Nhieät Ñôùi. 3.2.2. Duïng cuï, thieát bò vaø hoùa chaát 3.2.2.1. Duïng cuï , thieát bò - OÁng nghieäm, ñuõa thuyû tinh, giaù ñöïng oáng nghieäm, pipet, boùp cao su, spectrophometer Buret ñònh phaân, maùy ño böôùc soùng . . . - Maùy ño pH (model 2000 VWR scientific, USA) - Maùy bôm ñònh löôïng 6 – 20 (lít/ngaøy) - Maùy thoåi khí - Beáp nung COD 3.2.2.2. Hoùa chaát - Caùc loaïi hoùa chaát ñeå phaân tích cho caùc chæ tieâu - KH2PO4 ñeå pha vaøo nöôùc thaûi - H2SO4(dd) , NaOH, Ammonium molybdate (4%), Acid ascobic (0,1M) . . . 3.2.3. Phöông phaùp vaø ñoái töôïng nghieân cöùu 3.2.3.1. Phöông phaùp nghieân cöùu Phöông phaùp nghieân cöùu laø phöông phaùp thöïc nghieäm döïa treân cô sôû khoa hoïc veà sinh hoïc ñeå xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. Xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo theo nguyeân taéc haáp thu noäi vaø ngoaïi baøo bôûi caùc nhoùm vi khuaån Nitrosomonas vaø Anammox. 3.2.3.2. Ñoái töôïng nghieân cöùu Ñoái töôïng nghieân cöùu phospho coù trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo ôû xí nghieäp nuoâi heo Ñoâng AÙ (Bình Döông). 3.2.3.3. Noäi dung nghieân cöùu Nghieân cöùu khaû naêng xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo baèng phöông phaùp sinh hoïc. Khaûo saùt tính chaát cuûa maãu nöôùc thaûi ôû ñaàu vaøo vaø ñaàu ra cuûa moâ hình. Ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa vieäc xöû lí phospho trong moâ hình. So saùnh vôùi caùc keát quaû ñöôïc coâng boá treân caùc baøi baùo 3.3. Moâ hình xöû lí phospho 3.3.1. Moâ hình thí nghieäm GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS GAS Bôm ñònh löôïng Ñaàu ra Nöôùc thaûi pha phospho Hinh 16: Moâ hình xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo * Qui trình xöû lí ñöôïc thöïc hieän nhö sau: Nguoàn nöôùc thaûi chaên nuoâi heo ñöôïc laáy taïi coâng trình xöû lyù cuûa traïi gioáng Ñoâng AÙ .Nöôùc thaûi ñöôïc laáy ôû coâng trình ñôn vò laø beå aerotak, taïi ñaây nguoàn nöôùc thaûi ñöôïc phaân tích saùu chæ tieâu cô baûn vaø ñaëc bieät quan taâm ñeán thoâng soá cuûa phospho laø P-PO4 vaøo khoaûng 15 – 35 (mg/l). Töø ñoù, ta söû duïng hoùa chaát KH2PO4 ñeå pha vaøo nguoàn nöôùc thaûi cho ñaït ñeán haøm löôïng phospho laø 100 mg/l ñeå chay cho moâ hình. Nöôùc pha phospho ñöôïc bôm ñònh löôïng bôm leân moâ hình vôùi löu löôïng laø 10 lít/ngaøy. Nöôùc thaûi ñöôïc ñöa vaøo ngaên soá (1), ngaên soá (1) theo doøng nöôùc chaûy cuûa höôùng muõi teân (nhö hình 16 ôû treân), ôû ngaên naøy thì ta ñaët lôùp vaät lieäu ñeå sinh vaät baùm dính vaø ñöa moät löôïng oxy hôïp lí. Tieáp theo ôû ngaên soá (2) thì löôïng oxy ñöa vaøo laø raát ít (yeám khí), ôû giai ngaên naøy thì vi sinh hoaït ñoäng raát toát. Cuoái cuøng thì nöôùc thaûi ñöôïc thaûi ra ngoaøi vaø ta ñi phaân tích maãu, moâ hình ñöôïc chaïy moät caùch lieân tuïc. d c b a e Ñaàu vaøo Ñaàu ra a = 450 (mm) b = 125 (mm) c = 35 (mm) d = 120 (mm) e = 95 (mm) Ghi chuù : 3.3.2. Pha moâi tröôøng ñeå chaïy moâ hình Keát quaû phaân tích nöôùc thaûi nuoâi heo (nöôùc röûa chuoàng heo) cuûa Xí Nghieäp lôïn gioáng Ñoâng AÙ ñöôïc ghi nhaän ôû baûng döôùi ñaây. - Tính toaùn pha cheá dung dòch cho ñuû 100 (mg/l) P-PO4 ñeå chaïy moâ hình thieát keá xöû lí phospho trong nöôùc thaûi chaên nuoâi heo. - Caùch pha cheá ñöôïc aùp duïng coâng thöùc nhö sau : (*) (*) à Vôùi : - : theå tích dung dòch coù chöùa P-PO4 (ta ñaõ pha) - : noàng ñoä P-PO4 10.000ppm hoaëc (mg/l) - : theå tích cuûa nöôùc thaûi chaên nuoâi heo - : noàng ñoä P-PO4 ñaàu vaøo cuûa nöôùc thaûi chaên nuoâi heo (mg/l) - Ñeå pha ôû noàng ñoä laø 10.000ppm thì ta coù : - Ta söû duïng hoùa chaát coù chöùa P-PO4 vaø hoùa chaát ñöôïc choïn laø KH2PO4 ,ñeå naâng P-PO4 leân 100(mg/l) coù trong nöôùc thaûi ñeå chaïy moâ hình. - Tính toaùn ta ñöôïc : a = 43.9 (g/l) Vì vaäy ta caân a = 43.9 (g/l) hoùa chaát KH2PO4 vaø pha vaøo 1 lít nöôùc ñeå trôû thaønh dung dòch coù chöùa P-PO4 10.000ppm. 3.3.3. Caùc coâng ñoaïn chaïy moâ hình Nöôùc thaûi ñöôïc laáy ôû beå Aerotank Phaân tích maãu pH N-NH4 N-NO3 N-NO2 P-PO4 Nöôùc thaûi ñöôïc pha coù P-PO4 laø 100 (mg/l) Duøng KH2PO4 ñeå ñieàu chænh 1 2 Löu löôïng 10(lít/ngaøy) oxy oxy Phaân tích maãu ra Hình 17: Sô ñoà qui trình tieán haønh thí nghieäm chaïy moâ hình + Giai ñoaïn thích nghi: Giai ñoaïn thích nghi cuûa buøn ñöôïc thöïc hieän trong 37 ngaøy, vôùi löu löôïng 10 ± 3 lít/ngaøy, vaø coù chæ soá pH töø 7 ± 5, nhieät ñoä phoøng (26-28)0C. + Giai ñoaïn I: Giai ñoaïn tích luõy laøm giaøu nhoùm vi khuaån Anammox vaø Nitrosomonas coù thôøi gian vaän haønh laø 39 ngaøy laø 6/9/07 ñeán 15/10/07, vôùi löu löôïng 10 lít/ngaøy, maùy bôm ñònh löôïng, coù chæ soá pH töø 6,5 - 7,7.