Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
I.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
nước ta hiện nay trên các kênh rạch ao hồ ở Tp. Hồ Chí Minh và trên các
sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Cửu Long nhiều vùng đang bò
phú dưỡng hoá nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh các loại tảo, bèo.
Các ngành công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước do có hàm lượng
ammonium trong nước thải cao như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm trong
đó có ngành sản xuất và chế biến nước tương, sản xuất rượu cồn, sản xuất bia,
công nghệ sản xuất các chế phẩm sinh học: vitamin, bột ngọt… các chuồng trại
chăn nuôi, các lò giết mỗ động vật. Ngoài ra, còn phải kể đến nước rỉ rác và nước
từ hoạt động tưới tiêu trong nông nghiệp có chứa hàm lượng phân ure khổng lồ.
Nhìn chung trong các ngành công nghiệp trên thì công tác xử lý nước thải thường
chỉ chú trọng đến việc loại bỏ COD, BOD mà chưa quan tâm đúng mức đối với
chỉ tiêu ô nhiễm ammonium.
Do đó, cần phải xử lý hàm lượng ammonium có trong nước thải của nhà máy
chế biến nước tương trước khi được xả bỏ ra môi trường.
I.2. MỤC TIÊU - NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.
I.2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu quá trình chuyển đổi ammonium trong nước thải nhà máy chế
biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá thể.
I.2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Nghiên cứu công trình xử lý ammonium trong ngành công nghiệp
chế biến nước tương.
 Nghiên cứu điều kiện môi trường thích hợp để vi khuẩn
Nitrosomonas phát triển tốt.
 Thiết kế, lắp đặt và vận hành mô hình.

SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
 Phân tích các chỉ tiêu N - NH
4
; N-NO
3
; N-NO
2
; COD; pH ; DO…của
nước thải đầu vào và đầu ra.
 Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý trong các điều kiện khác
nhau.
 Đề xuất xây dựng công nghệ thích hợp để xử lý ammonium cho
ngành công nghiệp chế biến nước tương.
I.2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CÁCH TIẾP CẬN
 Nghiên cứu tài liệu liên quan đến tác hại của ammonium.
 Tìm hiểu quy trình chung của nhà máy chế biến nước tương.
 Khảo sát thành phần và tính chất của nước thải nhà máy chế biến
nước tương.
 Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến vi sinh
vật Nitrosomonas.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Tạo sự thích nghi vi sinh vật Nitrosomonas.
 Xây dựng mô hình, vận hành ở các điều kiện khác nhau.
 Phân tích các chỉ tiêu lý hóa trong phòng thí nghiệm theo
TCVN của nước thải đầu vào và đầu ra nhằm ổn đònh các thông
số.
 Từ các thông số đưa ra quy trình xử lý thích hợp.

I.2.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
 Các thí nghiệm và vận hành mô hình bể Aerotank quy mô 10
lít/ngày được thực hiện tại Viện Sinh Học Nhiệt Đới thành phố Hồ
Chí Minh.
 Nước thải giả tự pha từ nước tương.
 Nội dung đề tài tập trung vào việc khử Ammonium trong nước thải
nhà máy chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá
thể ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm. Từ đó đề xuất xây dựng
công nghệ thích hợp để khử ammonium trong nước thải ngành chế
biến nước tương.
I.2.5. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Ý NGHĨA KHOA HỌC
 Các thông số công nghệ thu được từ thực nghiệm sẽ tạo cơ sở
ban đầu cho việc thiết kế quy trình công nghệ xử lý ammonium
trong nước thải ngành công nghiệp chế biến nước tương.
 Việc sử dụng vi sinh vật Nitrosomonas và ứng dụng quá trình
Canon có khả năng sử lý triệt để nguồn ô nhiễm dạng nitơ trong
nước thải.
Ý NGHĨA THỰC TIỄN
 Sự thành công của đề tài mở ra khả năng ứng dụng trong xử
lý nước thải giàu ammonium hiệu quả và tiết kiệm.
 Không cần phải thêm chất dinh dưỡng nên có thể tiết kiệm
lượng hoá chất lớn.
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
4
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương

 Xác đònh được khả năng xử lý ammonium của vi sinh vật
Nitrosomonas có giá thể trong nước thải công nghiệp chế biến
nước tương.
 Xác đònh khả năng áp dụng công nghệ xử lý nước thải công
nghiệp chế biến nước tương bằng vi sinh vật Nitrosomonas có giá
thể.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ
CÔNG NGHIỆP CHẾ
BIẾN NƯỚC TƯƠNG
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
6
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
II.1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU CỦA NHÀ MÁY CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG
Nguyên liệu dùng sản xuất nước tương theo phương pháp lên men gồm: đậu
nành, cám, muối, nấm mốc giống Aspergilus Oryzae, nấm men, nước.
II.1.1. NGUYÊN LIỆU CHÍNH
Đậu nành hay còn gọi là đậu tương. Đậu nành có giá trò thực phẩm rất cao.
Không những có nhiều chất đạm (protid) mà còn có nhiều chất béo so với các
loại đậu khác.
Chất đường, bột (%): 23%
Chất đạm (%): 38.8%
Chất béo (%): 18.6%
Trong đậu nành hàm lượng chất đạm dao động từ 29,6 – 50,3% trung bình
là 36 – 40%. Giá trò dinh dưỡng của protein đậu tương rất cao. Theo nhiều tác giả,
thành phần protid của đậu nành gần giống protid của sữa.
Chất béo trong đậu tương dao động trong khoảng 13,5 – 24,2% trung bình

là 18%. nước ta cũng như ở Trung Quốc thừơng dùng đậu tương ép lấy dầu, rồi
mới đem chế biến nước tương. Chất béo trong đậu nành chứa khoảng 6,4 – 15,1%
acid béo no và 80 – 93,6% acid béo không no. Hàm lượng chất béo trong đậu
tương tỷ lệ nghòch với hàm lượng protid. Nếu loại đậu nhiều protid thì chất béo ít,
ngược lại chất béo nhiều thì protid ít.
Gluxit trong đậu tương chiếm khoảng 22 – 35,5%, trong đó 1 – 2% là tinh
bột.
Chất tro khoảng 4,5 – 6,8%.
Trong đậu nành, ngoài chất đạm, chất béo, đường bột và tro còn có một số
loại men như: urease, lipase, lipoxydase, diastase, protease và sinh tố như A, B,
D, E. Trong thời gian nảy mầm còn có sinh tố C.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
II.1.2. NGUYÊN LIỆU PHỤ
 Cám
 Muối
 Nước
 Nấm mốc
 Nấm men
 Vi khuẩn lactic
II.2. THÀNH PHẦN DINH DƯỢNG CỦA NƯỚC TƯƠNG.
Nước tương vừa là một chất điều vò kích thích tiêu hoá để ăn ngon miệng,
đồng thời là một thực phẩm cung cấp cho ta một lượng đạm nhất đònh. Khi đánh
giá chất lượng của nước tương về phương diện hoá học, trước hết người ta chú ý
đến lượng đạm toàn phần vì đây chính là chất dinh dưỡng có giá trò nhất trong
nước tương. Tiếp theo cần xem đến lượng đạm amin.
Thành phần hoá học trung bình của nước tương gồm chất hoà tan 32,5%
÷38,7%. Trong đó:
 Đạm toàn phần :1,2% ÷ 2%

 Đạm amin :0,85% ÷ 1,31%
 Đường :1,45% ÷ 5,3%
 Chất béo :1,7% ÷ 2,5%
 Muối :20% ÷ 25%
 Độ acid (theo acid acetic) :0,6% ÷ 0,9%
II.2.1 ACID AMIN.
Trong nước tương có nhiều acid amin: arginin, methionin, cystein, leucin,
serin, lysin, histidin, phenylalanin, threonin, tryptophan, tyrosin, valin, acid
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
8
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
glutamic, acid aspartic. Những acid amin này cùng với di, tri, tetra peptid làm cho
nước tương có vò đạm ngọt và thơm mùi thòt
Nước tương sản xuất theo phương pháp lên men hầu như giữ được tất cả
các acid amin có trong đậu nành. Còn nước tương sản xuất theo phương pháp hoá
giải thì có tỉ lệ đạm amin trên đạm toàn phần cao hơn nước tương lên men nên
mùi vò có khá hơn. Tuy nhiên, trong nước tương hoá giải, một số acid amin quý bò
phân hủy, trước hết là tryptophan, sau đó đến lysin, cystein, arginin. Nếu phân
giải bằng acid quá độ thì một số acid amin bò phân hủy thành các chất có mùi hôi
như: phenol, NH
2
, H
2
S…
II.2.2. ĐƯỜNG.
Trong nước tương có các loại đường glucoza, fructoza, maltoza, pentoza,
destrin. Đường có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc nước tương.
II.2.3. ACID HỮU CƠ.
Các acid hữu cơ có trong nước tương có quan hệ mật thiết với nhau tạo
hương vò đặc trưng của nước tương. Trong đó nhiều nhất là acid lactic, chiếm

khoảng 1,6%. Nó tác dụng với rượu tạo thành hợp chất lactat như lactat phenol
cho mùi thơm hoa quả.
II.2.4. CHẤT MÀU.
Màu của nước tương chủ yếu do đường kết hợp với acid amin tạo nên. Màu
của nước tương lên men được hình thành dần dần từ màu vàng của mốc đến màu
nâu nhạt cuối cùng là màu nâu đậm.
Sự hình thành màu của nước tương phụ thuộc vào nồng độ đường, acid
amin và nhiệt độ. Màu sắc của nước tương rất cần thiết. Tuy nhiên, nếu tăng
cường phản giữa acid amin với đường thì không có lợi vì melanoid là chất mà cơ
thể khó hấp thu và khi nồng độ của nó cao sẽ làm giảm hương vò của sản phẩm.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Mặt khác, quá trình hình thành sản phẩm màu này gây tổn thất lớn acid amin. Để
hạn chế quá trình này ta chọn nguyên liệu có hàm lượng đường thấp, tránh nâng
cao nhiệt độ và kéo dài thời gian thủy phân.
II.3. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG.
Nước chấm là tên gọi chung cho tất cả các loại gia vò có đạm và nồng độ
muối tương đối cao. Tuy mang nhiều tên gọi khác nhau: magi, xì dầu, xáng xáu,
nước tương lên men, nước tương hoá giải.v.v…nhưng đều được sản xuất từ 2
phương pháp: phương pháp lên men và phương pháp hóa giải. Về nguyên liệu tất
cả đều sản xuất từ nguyên liệu giàu đạm, trong đó chủ yếu là các hạt có dầu.
Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm của nó. Tùy phong tục tập quán
của từng vùng, từng quốc gia mà chọn phương pháp sản xuất khác nhau.
Một số quy trình công nghệ sản xuất nước tương:
Hình 1: Quy trình công nghệ sản xuất nước tương từ nguyên liệu giàu đạm bằng
phương pháp hoá giải.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương

SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
Nghiền
Bánh dầu
Thủy phân
Trung hoà
Lọc
Phối chế
Thanh trùng
Sản phẩm
HCl
Na
2
CO
3
11
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Hình 2: Quy trình công nghệ sản xuất nước tương từ đậu nành bằng phương pháp
lên men.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
Rửa sạch
Nấu
Để nguội
Trộn
Trải mỏng
Lên mốc
Trộn
Ủ ấm
Trích ly
Pha đấu
thành phẩm

Thanh trùng
Nước
Bột mì
Nước muối
Sản phẩm
Nấm mốc
Nhân giống
Nhân giống
Đậu nành
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
II.4. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG
NGHIỆP CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG.
- Nước tương là loại gia vò có độ đạm và độ muối tương đối cao và chủ yếu
được sản xuất từ hai phương pháp lên men và phương pháp hoá giải.
- Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩm khác, nước thải của nhà
máy sản xuất nước tương chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ (chủ
yếu là các hydratecacbon, protein và xelluloza) thường sinh ra mùi hôi rất
khó chòu
- Trong quá trình sản xuất nước tương có sự tham gia của các vi sinh vật như:
nấm mốc, nấm men, vi khuẩn… có tác dụng lên men trong quá trình sản
xuất và tạo hương cho sản phẩm. Ngoài ra, trong quá trình tăng trưởng của
vi sinh vật ta cần quan tâm đến sự xâm nhiễm của những vi sinh vật lạ có
khả năng gây mùi khó chòu.
Vì vậy nước thải của ngành công nghiệp chế biến nước tương sau khi thải
ra ngoài môi trường có mùi hôi, hàm lượng axitamin và COD rất cao.
II.5. HIỆN TRẠNG XỬ LÝ AMMONIUM TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH
CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN NƯỚC TƯƠNG.
II.5.1. TÁC HẠI CỦA VIỆC XẢ BỎ AMMONIUM VÀO MÔI TRƯỜNG.
Ammonium và muối ammonium là độc tố đối với cá, với nồng độ rất nhỏ từ

1.2 – 2 ppm cũng có thể làm chết cá. Nồng độ ammoniac trong nước nuôi cá phải
nhỏ hơn 1.2 ppm. Cá có thể chòu được nồng độ urê cao 1600 ppm. Nhưng trong
điều kiện kỵ khí đối với nồng độ urê nhỏ lại độc đối với cá và vi sinh vật vì ở
điều kiện đó urê phân hủy thành ammoniac và khí cacbonic tự do. Các amin cũng
gây độc tố đối với các loài thủy sinh và còn làm tăng nhu cầu oxy và clo. Vì thế
đối với nguồn có nồng độ amin và nitơ dạng ammonium cao thì trong xử lý nước
cần lượng clo lớn và thời gian tiếp xúc khử trùng phải lâu hơn.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Các hợp chất photphat và nitơ có trong nước với nồng độ cao gây nên hiện
tượng phú dưỡng trong các sông, hồ. Hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước là
hiện tượng các loại rong tảo trong nước phát triển quá mức do có sự dư thừa về
chất dinh dưỡng, mà cụ thể đó là các hợp chất của nitơ và photpho. Khi các loài
rong tảo ấy phát triển mạnh sẽ dẫn đến sự bao phủ mặt nước làm cho các loài
sinh vật biển khác thiếu không khí dẫn đến ngộ độc. Mặt khác chúng hô hấp vào
ban ngày cũng gây nên sự thiếu hụt oxy. Các loại sinh vật nhạy cảm với oxy sẽ bò
chết và dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái.
Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất nitơ hưu cơ, ammonium hoặc NH
4
OH,
thì chứng tỏ nước mới bò ô nhiễm. NH
3
sẽ gây độc đối với cá và các sinh vật khác
trong nước
Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrite (NO
2
-
) thì chứng tỏ
nước đã bò ô nhiễm một thới gian dài hơn vì muối amon đã bò oxy hóa thành

nitrite
Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrate (NO
3
-
) thì chứng tỏ quá
trình phân hủy đã kết thúc. Tuy vậy các nitrate chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, khí ở
điều kiện thiếu khí hoặc kỵ khí các nitrate dễ bò khử thành N
2
O, NO và nitơ phân
tử tách khỏi nước bay vào không khí. Nếu nitrate ở trong nước cao có thể gây độc
đối với người (vì khi vào cơ thể, với điều kiện thích hợp ở đường tiêu hóa, nitrate
sẽ chuyển hoá thành nitrite chất này sẽ kết hợp với hồng cầu thành chất không
vận chuyển oxy, gây bệnh thiếu máu)
Ammoniac (NH
3
) trong nước tồn tại ở dạng NH
3
và NH
4
+
(NH
4
OH, NH
4
NO
3
,
(NH
4
)

2
SO
4
… ) tùy thuộc vào pH của nước vì nó là một bazơ yếu . NH
3
hoặc NH
4
+
có trong nước cùng với photphat thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước. Tính độc
của ammoniac cao hơn ion ammonium. Với nồng độ 0.01 mg/l NH
3
đã gây độc
cho cá qua đường máu: nồng độ từ 0.2 – 0.5 mg/l đã gây độc cấp tính.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Trong nước mặt tự nhiên, vùng không ô nhiễm có hàm lượng ammonium nhỏ
hơn 0.05 ppm; trong nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm và một số
ngành công nghiệp khác có hàm lượng amonium từ 10 đến vài trăm mg/l.
Hà Lan quy đònh hàm lượng ammonium trong nước mặt trên 5 mg/l là
nước ô nhiễm nặng. FAO quy đònh cho nước nuôi cá có nồng độ ammonium
không vượt quá 0.2 mg/l đối với cá Salmonid (cá hồi) và 0.8 mg/l đối với họ cá
Cyprinid (cá chép) [11]
Nitrate (NO
3
-
) là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các hợp chất
hữu cơ chứa N có trong chất thải của người, động vật và thực vật.
Trong nước tự nhiên nồng độ nitrate thường nhỏ hơn 5 mg/l: vùng bò ô
nhiễm do chất thải hoặc phân bón hóa học thì hàm lượng nitrate trong nước trên

10 mg/l, làm cho rong tảo dễ phát triển gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước
sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản.
Bản thân nitrate không phải là chất có độc tính, nhưng ở trong cơ thể nó bò
chuyển hóa thành nitrite (NO
2
-
) rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành
các hợp chất nitrozo là chất có khả năng gây ung thư.
Hàm lượng nitrate (NO
3
-
) trong nước cao, sẽ gây bệnh thiếu máu, làm trẻ
xanh xao (bệnh methaemoglobinaemia, blue baby) do chức năng của
haemoglobin bò giảm. Nguyên nhân làm giảm chức năng của haemoglobin là do
lượng nitrate tăng trong cơ thể.
Theo quy đònh của WHO, nitrate có trong nước uống không quá 10mg/l (tính
theo N) hoặc 45mg/l (tính theo NO
3
-
) [6], [11].
Ở Việt Nam hiện nay trên các kênh rạch ao hồ ở Tp.Hồ Chí Minh và trên
các sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Vàm Cỏ, sông Cửu Long nhiều vùng đang
bò phú dưỡng hoá nặng với biểu hiện của sự phát triển mạnh các loại tảo, bèo.
[11]
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Các ngành công nghiệp gây ô nhiễm nguồn nước do có hàm lượng
ammonium trong nước thải cao như: ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, sản
xuất rượu cồn, sản xuất bia, công nghệ sản xuất các chế phẩm sinh học: vitamin,

bột ngọt… các chuồng trại chăn nuôi, các lò giết mỗ động vật. Ngoài ra, còn phải
kể đến nước rỉ rác và nước từ hoạt động tưới tiêu trong nông nghiệp có chứa hàm
lượng phâng ure khổng lồ. Tuỳ theo quy mô sản xuất, công nghệ và sản phẩm mà
hàm lượng nitơ có khác nhau, chúng dao động trong khoảng từ 100 đến khoảng
700 mg/l TNK
Vì vậy, việc tìm ra một phương pháp xử lý hiệu quả và tiết kiệm sẽ giúp cho
các doanh nghiệp thuận lợi hơn trong quá trình phát triển sản xuất mà không làm
huỷ hoại môi trường.
II.5.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHỬ AMMONIUM TRONG NƯỚC
THẢI
Nitơ trong nước thải thường tồn tại ở dạng ammonium. Nitơ và phôtpho có
trong nước thải như là các chất dinh dưỡng cùng với BOD làm các chất để vi sinh
vật xây dựng tế bào và cũng là nguồn thức ăn thích hợp cho các loại tảo hoặc
thực vật thuỷ sinh khác với nguồn dinh dưỡng cacbon là CO
2
.
Sau khi xử lý sinh học, bình thường nước thải có thể giảm được 90-95%
BOD, nhưng tổng nitơ chỉ giảm được 30-40%. Khi trong nước thải có hàm lượng N
> 30 mg/l tới 60 mg/l sẽ là môi trường giàu dinh dưỡng gây nên phú dưỡng nguồn
nước. Vì vậy, sau khi xử lý sinh học nếu còn hàm lượng N quá ngưỡng thì cần
phải có những công trình xử lý bổ sung.
Hầu hết nitơ trong nước thải ngành chế biến nước tương ở dạng hữu cơ và
ammonium. Sau khi nước thải được xử lý sơ bộ, lượng nitơ còn lại chủ yếu ở dạng
ammonium, chúng sẽ tiếp tục bò loại bỏ bằng các phương pháp sau:
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
16
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
• Phương pháp sinh học theo con đường nitrat hoá – khử nitrat: khử nitrat hoá
sẽ giúp loại bỏ thêm nitơ trong nước thải đã được nitrat hoá tốt. Hiệu quả
chung của quá trình nitrat hoá – khử nitrat có thể đạt đến 95% trong điều

kiện tối ưu.[8], [9]
• Phương pháp lý hoá: tạo pH cao khoảng 10 đến 11 bằng cách vôi hoá nước
thải, chuyển ammonium trong nước thải thành khí ammoniac, quá trình đạt
hiệu quả cao nếu có sục khí với lượng rất lớn.[6], [8]
II.5.2.1. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Trong nước hợp chất nitơ thường tồn tại ở 3 dạng: hợp chất hữu cơ,
ammoniac và dạng oxy hoá (nitrat, nitrit). Các dạng này là các khâu trong chuỗi
phân huỷ hợp chất nitơ hữu cơ, thí dụ như protein và hợp phần của protein.
(Phân huỷ) Nitrosomonas Nitrobacter
Protein NH
4
+

NO
2
-
NO
3
-
NO
3
-
(vi khuẩn dehydrat hoá)
NO
2
-
NO N
2
O N
2


Ba chất cuối trong chuỗi này ở dạng khí có thể bay thẳng vào khí quyển.
Ammonium là hợp chất dinh dưỡng rất thích hợp với vi sinh vật, rong tảo và thực
vật thủy sinh. Biến đổi từ ammonium đến nitrat là biến đổi hiếu khí. Nhiều khi
phân tích các chỉ tiêu phân huỷ COD và BOD trong bể aerotank ở giai đoạn cuối
bất ngờ thấy 2 chỉ số này tăng lên. Có 2 nguyên nhân cho sự tăng lên này:
- Quá trình chuyển hoá ammonium ( NH
4
+
) thành nitrat ( NO
3
-
) có sự tham
gia của vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter để oxy hóa ammonium và
nitrit. Do đó nhu cầu oxy tăng lên.
- Cũng có thể do các tế bào già trong sinh khối vi sinh vật của bùn hoạt tính
bò chết và tự phân làm cho nước đã xử lý bò ô nhiễm lại.
Giai đoạn biến đổi từ nitrat đến nitơ là giai đoạn cần ít oxy (anoxic). Giai
đoạn này các vi khuẩn khử nitrat hoạt động cần ít oxy và trong thực tế người ta
cần thay đổi chế độ thông khí để tạo ra vùng anoxic trong các công trình xử lý.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Dựa vào các giai đoạn của quá trình chuyển hoá nitơ người ta có thể thực
hiện khử nitơ trong nước thải bằng 3 cách sau:
• Gồm 2 công đoạn: khử BOD và nitrat hoá – khử nitrat.
• Kết hợp 2 công đoạn khử BOD và nitrat hoá, tách riêng khử nitrat
thành nitơ.
• Tổng hợp cả 3 công đoạn vào chung 1 công trình.
II.5.2.2. PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ.

Có thể loại bỏ nitơ bằng phương pháp hoá lý, phương pháp này dựa trên
nguyên lý về sự cân bằng của ion ammonium và khí ammoniac trong dung dòch.
Đưa độ pH của nước thải lên tới giá trò pH = 11 bằng cách cho thêm vôi vào để
chuyển NH
4
+
thành NH
3
trong nước và được loại bỏ bằng chưng cất lôi cuốn hơi
nước. Tuy nhiên người ta thường sử dụng phương pháp này để kết hợp loại bỏ
photpho. Thực tế ít sử dụng vì vốn đầu tư lớn, tốn năng lượng điện sử dụng đun
nóng ngoài ra cặn nhạy cảm với nhiệt độ và dễ kết tủa nên không dễ dàng vận
hành và bảo trì thiết bò.
II.5.2.3. SO SÁNH HIỆU QUẢ KHỬ NITƠ CỦA MỘT SỐ CÔNG
NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI.
Công nghệ xử lý nước thải có hàm lượng nitơ cao từ lâu đã được nghiên cứu
và áp dụng vào thực tế. Một số đặc điểm về công nghệ, hiệu suất xử lý và các
lónh vực đã ứng dụng các công nghệ này được thể hiện ở bảng sau:
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Bảng 1: Một số công nghệ khử ammonium trong nước thải
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
CÔNG NGHỆ ĐẶC ĐIỂM HIỆU
SUẤT
HOÁ LÝ
- Nâng pH > 11
- Gia nhiệt để chuyển NH
4
+

thành
khí NH
3
.
- Tốn năng lượng và hoá chất, chi
phí vận hành rất cao.
Cao
HOÁ HỌC
- Dùng hoá chất có tính oxy hoá
mạnh (clo) để oxy hoá
ammonium.
- Chi phí vận hành cao.
cao
Sinh
Học
Quá trình
nitrat hoá
- Cung cấp lượng oxy lớn
- Bổ sung chất dinh dưỡng: P, C
hữu cơ
30 – 40%
Nitrat hoá –
khử nitrat
- Cung cấp lượng oxy lớn
- Bổ sung chất dinh dưỡng: P, C
hữu cơ
- Công nghệ phức tạp.
- Chi phí vận hành cao, vốn đầu
tư cao.
70 - 95%

Sinh trưởng
gắn kết cố
đònh
- Kích thước lớn, chi phí đầu tư
cao.
- Có thể kết hợp với các công
trình xử lý bằng bùn hoạt tính.
60 - 85%
Ao sinh học
- Công nghệ đơn giản, thường kết
hợp với các công trình khác,
- Diện tích lớn
Quá trình
anammox
- Diện tích rất nhỏ, chi phí đầu tư
thấp.
- Chi phí vận hành thấp.
80 – 98%
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
(Nguồn được tổng hợp từ tài liệu của Công ty Degremont và một số tài liệu khác)
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
CHƯƠNG III
CƠ SỞ KHOA HỌC
VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
21

Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
III.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
III.1.1. HP CHẤT NITƠ
Hợp chất nitơ trong nước tự nhiên là nguồn dinh dưỡng cho các thực vật.
Trong nước nitơ có thể tồn tại ở các dạng chính sau
 Các hợp chất nitơ hữu cơ dạng protein hay các sản phẩm
phân rã.
 Amoniac và các muối amôn như: NH
4
OH, NH
4
NO
3
,
(NH
4
)
2
SO
4
…
 Các hợp chất dưới dạng ion NO
2
-
, và ion NO
3
-
 Nitơ tự do.
 Trong nước có thể xảy ra các quá trình biến đổi oxy hoá
như sau:

Vi khuẩn
Nitrosomonas Nitrobacter Khử nitrat
Protein NH
3
NO
2
-
NO
3
-
N
2
Oxy hoá oxy hoá
Nguyên nhân hình thành các loại ion này tương tự như nhau và có thể
chuyển hoá lẫn nhau, do đó có thể gộp lại thành một nhóm để nghiên cứu.
Nguồn gốc của NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
trong nước tự nhiên vẫn là các hợp chất
hữu cơ phức tạp có chức abumin bắt nguồn từ động vật và thực vật. Tác dụng sinh
hoá phức tạp sinh ra với sự tham gia của các loại vi khuẩn và men làm cho
abumin phân giải thành acid amin và sau khi thuỷ phân sẽ tách ra khí NH
3
R-CHNH

2
–COOH + H
2
O + H
2
O R- COOH – COOH +NH
3
Sự hiện diện của NH
4
+
trong nước mặt là do sự phân giải các chất protid gây
ra, nhưng thường do các vi khuẩn nitrat hoá cũng hấp thụ NH
4
+
trong bồn nước
giảm xuống nhiều hoặc nước ngầm bắt nguồn từ hoạt động phân huỷ chất hữu cơ
do các loại sinh vật trong điều kiện yếm khí.
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
Hàm lượng vết NH
4
+
có trong nước tự nhiên là dưới 0,05 ppm. Lượng
amonium trong nước thải từ các khu dân cư, các nhà máy hoá chất và các công ty
chế biến thực phẩm là khá cao.
Theo quy đònh về nước uống của Việt Nam, lượng amonium tối đa là nhỏ
hơn 3 ppm.
NH
4

+
trong nước tự nhiên tương đối không ổn đònh. Dưới tác dụng của các
yếu tố về hoá học, vật lý, và sinh hoá, nó có thể chuyển hóa hợp chất của nitơ.
Khi có đủ oxi, dưới tác dụng của một số yếu tố đặc biệt NH
4
+
có thể bò oxi hoá
thành NO
2
55 NH
4
+
+ 76 O
2
+ 5CO
2
C
5
H
7
O
2
N + 52H
2
O + 54 NO
2
-
+ H
+
Tác dụng nitơ hóa không dừng lại ở đó mà dưới tác dụng của một số vi

khuẩn khác, NO
2
-
lại bò oxy hóa thành NO
3
-
2HNO
2
+ O
2
= 2HNO
3
Dưới tác dụng của họ vi khuẩn đặc biệt, No
3
-
lại có thể bò phân giải và tác
dụng này gọi là tác dụng khử nitơ. Nó thường tiến hành dưới điều kiện thiếu oxi
khi không có hợp chất chứa nitơ. Khi tác dụng này xảy ra thì N
2
và CO
2
được tách
ra:
4 NO
3
-
+ 5C = 2CO
3
2-
+ 2N

2
↑ + 3CO
2
↑
Nguồn quan trọng khác làm cho nước mưa phong phú thêm NO
3
-
vẫn là khí
NO
2
sinh ra khi có sự phóng điện trong không khí, khí NO
2
sẽ bò nước mưa hấp thu
và rơi xuống đất, có thể biểu thò bằng sơ đồ sau đây:
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
NO
2
-
là một trong những chất trung gian của chu trình Nitrogen cùng với
dạng hữu cơ khác như NH
4
+,
NO
3
-
và một lượng nhỏ NO
2
-

cũng biểu thò sự ô nhiễm
hữu cơ lẫn vô cơ.
NO
2
-
không ổn đònh vì thế hàm lượng của nó trong nước trên mặt đất thích
nghi để tiến hành oxy hoá là rất nhỏ (chỉ độ vài phần trăm, thậm chí vài trăm
nghìn mg/l).
Nhưng trong nước ngầm đặc biệt là trong tầng chứa nước bên trên thì hàm
lượng NO
2
-
lại tăng lên rất rõ rệt (mg/l).
Giới hạn cho phép của TCVN – 5842 – 1995, trong nước mặt:
NO
2
-
≤ 0,03 mg/l (N - NO
2
-
≤ 0,01 mg/l)
Trong tiêu chuẩn dành cho nước sinh hoạt và nước ăn uống không được có
NO
2
-
vì nó là độc tố.
NO
3
-
là ion thoái hoá hoàn toàn trong chất hữu cơ có gốc nitơ trong chu trình

nitrogen.
Do việc sử dụng nước uống có hàm lượng NO
3
-
cao có khả năng gây độc hại
đối với người vì khi vào cơ thể trong điều kiện thích hợp , ở hệ tiêu hoá chúng sẽ
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
24
Nitơ trong không khí
Nitơ trong
thực vật
Nitơ trong sản vật
phân giải từ các chất
Nitơ trong
động vật
Nitơ trong acid
NO
2
-
NO
2
NH
4
+
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Lê Công Nhất Phương
chuyển hoá thành nitrit, kết hợp với hồng cầu tạo thành hợp chất không di
chuyển oxy gây bệnh xanh xao, thiếu máu ( mathemoglobinemia). Ngoài ra,
nitrit còn kết hợp với amonium thứ cấp tạo thành notrosamine gây bệnh ung thư.
III.1.2. CHU TRÌNH NITƠ
Nitơ là một trong các nguyên tố chính của sự sống, là thành phần của

protein và axit nucleic trong tế bào vi sinh, động vật và thực vật. Trái đất có diện
tích khoảng 500.000 km
2
, với khối lượng nitơ trong bầu không khí là 4.10
15
tấn thì
có tới khoảng 8 triệu tấn nitơ cho mỗi km
2
. Số lượng này thoả mãn nhu cầu về N
trên mảnh đất trồng đó. Tuy nhiên trong thực tế, con người cũng như động thực
vật không có khả năng đồng hoá lượng nitơ lớn ấy.
Sinh vật qua 5 giai đoạn: cố đònh Nitơ, đồng hoá nitơ, khoáng hoá Nitơ,
nitrát hoá và khử nitrat hoá.
Hình 3: Chu trình Nitơ
SVTH: Huỳnh Thò Thu Thủy
25