TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ - MƠI TRƯỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG QUAN VỀ NITRAT
VÀ VẬT LIỆU HẤP PHỤ NITRAT
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

MÀN BẢO NHI

AN GIANG, THÁNG 06 NĂM 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ - MƠI TRƯỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG QUAN VỀ NITRAT
VÀ VẬT LIỆU HẤP PHỤ NITRAT
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

MÀN BẢO NHI
DMT166105

GVHD:
ThS. PHAN PHƯỚC TOÀN
PGS.TS. NGUYỄN TRUNG THÀNH

AN GIANG, THÁNG 06 NĂM 2020

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG
-----------------------Khóa luận “Tổng quan về nitrat và vật liệu hấp phụ nitrat trong môi
trường nước”, do sinh viên Màn Bảo Nhi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
thầy Phan Phước Toàn và thầy Nguyễn Trung Thành đã báo cáo đề tài và được
Hội đồng thông qua ngày……………………………

Thư ký

Phản biện 1

Phản biện 2

Giảng viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng

i


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là đề tài khóa luận của riêng tôi. Những kết quả và số
liệu trong khóa luận này đã được trích dẫn rõ ràng từ các nghiên cứu trước đó,
không sao chép bất kỳ nguồn nào khác. Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước
nhà trường về sự cam đoan này.

An Giang, ngày 02 tháng 06 năm 2020

MÀN BẢO NHI


ii


LỜI CÁM ƠN
Em xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu trường đại học An Giang, Ban
Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật - Công nghệ - Môi trường, Ban Quản lý Khu thí
nghiệm Thực hành Trường Đại học An Giang đã tạo điều kiện cho em hồn
thành khóa luận tớt nghiệp này.
Với lòng biết ơn sâu sắc em gửi lời cảm ơn tới thầy Phan Phước Toàn và
thầy Nguyễn Trung Thành đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ
em trong śt q trình thực hiện đề tài và viết khóa luận.
Em cũng bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy tại Khoa Kỹ
thuật - Công nghệ - Môi trường, Trường Đại học An Giang, đã cung cấp kiến
thức, nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bài
khóa luận này.
Em xin gửi lời cám ơn đến gia đình và bạn bè đã ln động viên, chia sẻ
trong śt q trình thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cám ơn!
An Giang, ngày 02 tháng 06 năm 2020

MÀN BẢO NHI

iii


TĨM TẮT
Sự có mặt của nitrat trong nước gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng
đối với môi trường và sức khỏe của con người. Có nhiều phương pháp được
đề ra để loại bỏ nitrat, trong đó phương pháp hấp phụ được đánh giá cao và

phổ biến, mang lại hiệu quả khả quan. Đặc biệt là các vật liệu hấp phụ dựa trên
cơ bản từ silica và chất thải công/nông nghiệp. Đề tài này đánh giá tổng quan
các vật liệu hấp phụ khác nhau từ các cơng trình nghiên cứu đã được cơng bớ
và trình bày khả năng hấp phụ của chúng cho việc loại bỏ ion nitrat trong môi
trường nước. Từ đó đưa ra được các nhận xét về các đặc điểm, ưu điểm và hạn
chế của các vật liệu hấp phụ nitrat để hình thành cơ sở cho những nghiên cứu
tiếp theo về vấn đề này.

iv


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
-----------------------.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

An Giang, ngày 30 tháng 06 năm 2020
Giảng viên hướng dẫn

v



NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
-----------------------.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

An Giang, ngày 30 tháng 06 năm 2020
Giảng viên phản biện

vi


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
-----------------------.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

An Giang, ngày 30 tháng 06 năm 2020
Giảng viên phản biện

vii


MỤC LỤC
CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG ....................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. ii
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................... iii
TÓM TẮT ......................................................................................................... iv
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................ v
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN .............................................. vi
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................. vii
MỤC LỤC ...................................................................................................... viii
DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................ x
DANH DÁCH HÌNH........................................................................................ xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... xii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................. 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.................................................................... 2
1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................ 2
1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................................... 2
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 2
1.6 NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI ..................................................... 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NITRAT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI
BỎ NITRAT ...................................................................................................... 4
2.1 NITRAT, NGUỒN GỐC Ô NHIỄM VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CON
NGƯỜI VÀ MƠI TRƯỜNG ............................................................................. 4
2.1.1 Nguồn gớc của nitơ, nitrat ................................................................. 4
2.1.2 Nguồn gây ô nhiễm nitrat.................................................................. 5
2.1.2.1 Nguồn gốc tự nhiên ..................................................................... 5
2.1.2.2 Nguồn gốc nhân tạo .................................................................... 5
2.1.3 Ảnh hưởng của nitrat đến con người và môi trường ......................... 8
2.1.3.1 Ảnh hưởng của nitrat đến môi trường......................................... 8
2.1.3.2 Ảnh hưởng của nitrat tới con người ............................................ 8
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI BỎ NITRAT TRONG NƯỚC ............... 9
2.2.1 Phương pháp khử nitơ sinh học ........................................................ 9
2.2.2 Phương pháp trao đổi ion ................................................................ 10
2.2.3 Thẩm thấu ngược ............................................................................ 11

viii


2.2.4 Điện phân ........................................................................................ 12
2.2.5 Phương pháp hấp phụ...................................................................... 12
CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ ION NITRAT
TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC .................................................................... 15
3.1 VẬT LIỆU HẤP PHỤ DỰA TRÊN CACBON ................................... 15
3.2 VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRÊN CƠ BẢN SILICA ................................. 19
3.3 VẬT LIỆU HẤP PHỤ KHÁC .............................................................. 24
3.3.1 Vật liệu hấp phụ tự nhiên ................................................................ 24
3.3.2 Vật liệu hấp phụ từ chất thải công nghiệp ...................................... 28
3.3.3 Vật liệu hấp phụ từ chất thải nông nghiệp ...................................... 29
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 34

4.1 KẾT LUẬN ........................................................................................... 34
4.2 KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 36

ix


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Nồng độ nitơ tổng trong nước thải công nghiệp .................................. 6
Bảng 2. Tiêu chuẩn phân biệt hấp phụ vật lý và chất hấp phụ hóa học........... 13
Bảng 3. Khả năng hấp phụ nitrat của một số chất hấp phụ dựa trên cacbon ... 18
Bảng 4. Khả năng hấp phụ nitrat của một số chất dựa trên silica ................... 23
Bảng 5. Khả năng hấp phụ nitrat của một số chất tự nhiên ............................. 27
Bảng 6. Khả năng hấp phụ nitrat của chất thải công nghiệp ........................... 31
Bảng 7. Tóm tắt đánh giá các vật liệu hấp phụ nitrat ...................................... 32

x


DANH DÁCH HÌNH
Hình 1. Cơng thức cấu tạo của nitrat ................................................................. 4
Hình 2. Sơ đồ biểu diễn bề mặt chức năng hóa các nhóm mono amin
(Hamoudi & cs, 2011). .................................................................................... 20
Hình 3. Tổng hợp vật liệu silic mesopetic chức năng amino thông qua ghép
sau tổng hợp (Saad & cs, 2008). ...................................................................... 21
Hình 4. Tổng hợp vật liệu silic mesopetic chức năng amino thơng qua q
trình ngưng tụ (Saad & cs, 2008). .................................................................... 21
Hình 5. Tổng hợp vật liệu silica bằng phương pháp ghép sau tổng hợp
(Ebrahimi - Gatkash & cs, 2017). .................................................................... 22


xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AC

Activated Carbon

Than hoạt tính

ARHA

Activated Rice Husk Ash

Tro trấu hoạt hóa

CEC

Cation Exchange Capacity

Khả năng trao đổi cation

CPB

Cetylpyridinium bromide

GAC

Granular Activated Carbon


HDTMA

Hexadecyltrimethylammonium

PAC

Powdered Activated Carbon

Than hoạt tính dạng bột

BPC

Bamboo Powder Charcoal

Bột than tre

CAC

Commercial activated carbon

Than hoạt tính thương
mại

DEDMA

Dodecylethyldimethylammonium

ASTDR

Than hoạt tính dạng hạt


Agency for Toxic Substances and

Cơ quan đăng ký chất độc

Disease Registry

và bệnh

BYT

Bộ y tế

Trung tâm sinh thái và
European chemical industry ecology
ECETOC
độc chất cơng nghiệp hóa
and toxicology centre
học châu Âu

FAO

Food and Agriculture Organization
of the United Nations

QCVN

Tổ chức Lương thực và
Nông nghiệp Liên Hợp
Quốc

Quy chuẩn Việt Nam

RO

Reverse Osmosis

Thẩm thấu ngược

WHO

World Health Organization

Tổ chức Y tế thế giới

xii


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay xã hội đang phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa các khu cơng nghiệp, nhà máy, xí nghiệp…mộc lên hàng loạt đã giúp nền
kinh tế nước ta tăng trưởng mạnh mẽ. Bên cạnh những thành tựu đã đạt được
thì sự phát triển đó đã làm cho một lượng lớn các chất thải phát thải ra ngồi
làm mơi trường bị ơ nhiễm, đặc biệt là môi trường nước. Hiện nay, cùng với
sự gia tăng dân sớ thì nhu cầu về nước sạch trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.
Thiếu nước sạch dùng trong sinh hoạt hằng ngày là nguyên nhân chính gây ra
bệnh tật. Nhiều nơi trên thế giới đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm nitrat
ở các nguồn nước ngày càng tăng cao (Nguyễn Thị Hoà, 2006). Nguyên nhân
của việc này có thể là việc xả bỏ nước thải chưa qua xử lý vào môi trường và

việc sử dụng phân bón chứa nitơ quá mức sẽ càng làm tăng cao việc nhiễm
nitrat cho các nguồn nước. Sự có mặt của nitrat trong nước là nguyên nhân gây
bệnh methemoglobin, hết sức có hại cho trẻ em và bà mẹ đang tuổi nuôi con
(B.T. Nolan & cs, 1997). Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước ăn uống hàm lượng nitrate cho phép trong nước ăn uống không được
vượt quá 50 mg/L (QCVN 01:2009/BYT). Do đó việc loại bỏ nitrat khỏi
nguồn nước là vấn đề cấp thiết.
Có nhiều phương pháp đề ra để loại bỏ nitrat trong nước và nước thải
như phương pháp sinh học (kỵ khí, hiếu khí, thiếu khí) và phương pháp hóa lý
(keo tụ tạo bông, trao đổi ion, hấp phụ). Trong đó, phương pháp hấp phụ được
đánh giá cao và sử dụng phổ biến để loại bỏ nitrat, bởi chi phí thực hiện thấp,
có khả năng loại bỏ nitrat ở nồng độ cao, chất hấp phụ có thể tái sử dụng nhiều
lần và ít tạo ra chất độc hại sau quá trình xử lý. Vì vậy, một sớ vật liệu như
zeolit biến tính bề mặt (Schick & cs, 2010), vật liệu nano oxit - amin (Lê Trí
Thích, 2018), vật liệu tổng hợp amin - SiO2 (Nguyễn Trung Thành & cs, 2018)
và các vật liệu silica mao quản trung bình (như SBA-15, MCM-48...) đã được

1


nghiên cứu tổng hợp và biến tính thêm nhóm amin để loại bỏ các ion nitrat
theo cơ chế trao đổi ion khá hiệu quả (Safia Hamoudi & cs, 2007).
Các vật liệu hấp phụ để xử lý nitrat trong môi trường nước hiện nay có
rất nhiều và đa dạng, cùng với khả năng hấp phụ của các loại vật liệu đó đới
với nitrat là khác nhau. Chính vì vậy, việc thực hiện đề tài nghiên cứu “Tổng
quan về nitrat và vật liệu hấp phụ nitrat trong môi trường nước” là cần
thiết, để hiểu rõ hơn tác hại của ô nhiễm nitrat trong môi trường nước và đánh
giá được khả năng hấp phụ nitrat của các loại vật liệu, góp phần ứng dụng các
vật liệu hấp phụ để loại bỏ nitrat một cách hiệu quả nhất.
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tổng quan các kết quả nghiên cứu về khả năng loại bỏ nitrat trong môi
trường nước của các loại vật liệu hấp phụ hiện có.
1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Vật liệu hấp phụ nitrat trong môi trường nước.
1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Tổng hợp kết quả từ các cơng trình nghiên cứu đã cơng bớ trong và ngoài
nước.
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tổng quan về nitrat và các phương pháp loại bỏ nitrat.
- Tổng quan về các vật liệu hấp phụ nitrat
+ Vật liệu hấp phụ dựa trên carbon
+ Vật liệu hấp phụ trên cơ bản silica
+ Vật liệu hấp phụ khác
•

Vật liệu hấp phụ tự nhiên

•

Vật liệu hấp phụ từ chất thải cơng nghiệp

•

Vật liệu hấp phụ từ chất thải nông nghiệp

2


1.6 NHỮNG ĐĨNG GĨP CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài góp phần phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và làm cơ sở cho

các nghiên cứu khóa luận tớt nghiệp của sinh viên Trường Đại học An Giang.
Làm tài liệu tham khảo cho các cơng trình nghiên cứu loại bỏ nitrat bằng
vật liệu hấp phụ.
Là tiền đề giúp thực hiện các cơng trình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ
nitrat tiếp theo.

3


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ NITRAT
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI BỎ NITRAT
2.1 NITRAT, NGUỒN GỐC Ô NHIỄM VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CON
NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG
2.1.1 Nguồn gốc của nitơ, nitrat
Nitơ tự do là nguyên tố khá phổ biến trong tự nhiên, chiếm 78,03% thể
tích của khơng khí. Ngun tớ nitơ là thành phần ln có mặt trong cơ thể
động, thực vật sống và trong thành phần của các hợp chất tha gia quá trình
sinh hóa. Đồng thời nitơ tồn tại ở rất nhiều dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ trong
các sản phẩm công nghiệp và tự nhiên. Nguyên tố nitơ có thể tồn tại ở bảy
trạng thái hóa trị, từ dạng khử (N-3) là amoniac đến dạng oxy hóa sâu (N+5) là
nitrat.
Nitrat (NO3-) được tạo thành tự nhiên từ nitơ trong lịng đất. Nitơ là một
loại khí chiếm tới 78% và bầu khí quyển và rất cần thiết cho sự sống.
Nitrat hoặc ion nitrat là ion gồm nhiều nguyên tử với công thức phân tử
NO3- và khối lượng phân tử là 62,0049 g/mol.
Ion nitrat có cấu tạo gồm một nguyên tử nitơ trung tâm bao quanh bởi ba
nguyên tử oxy giống hệt nhau trong xếp trên một mặt phẳng tam giác đều với
góc ONO bằng 120o và độ dài của liên kết N – O bằng 1,218 Å.


Hình 1. Cơng thức cấu tạo của nitrat
Ion NO3- khơng có màu nên các ḿi nitrat của những cation khơng màu
đều khơng có màu. Hầu như tất cả các muối nitrat vô cơ hòa tan trong nước ở
nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn (Hoàng Nhâm, 2006).

4


2.1.2 Nguồn gây ô nhiễm nitrat
2.1.2.1 Nguồn gốc tự nhiên
Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng: các hiện tượng xói
mịn, xâm thực, hiện tượng sét trong tự nhiên,... xảy ra giải phóng các hợp chất
nitơ dẫn tới q trình nitrat hóa. Tuy nhiên, trong mơi trường tự nhiên, các hợp
chất này có khả năng được đồng hóa và đưa về trạng thái cân bằng.
2.1.2.2 Nguồn gốc nhân tạo
 Nguồn nước thải sinh hoạt
Ô nhiễm nitrat từ nước thải sinh hoạt có nguồn gớc từ các nguồn sau:
nước về sinh tắm giặt, nước từ bể phốt, nhà hàng, khách sạn, trường học, bệnh
viện, khu vui chơi,…. Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac,
protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải
rắn và lỏng (Lê Văn Cát, 2007).
Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng
oxy hoà tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hoá
amoni) thấp. Thành phần amoni chiếm 60 - 80% hàm lượng nitơ tổng trong
nước thải sinh hoạt (R. Crites & Gtchobanoglous, 1998).
Nồng độ hợp chất nitơ trong nước thải biến động theo lưu lượng nước
thải như mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch vụ cơng
cộng, thời tiết, khí hậu, sinh hoạt, thay đổi mạnh theo chu kỳ thời gian. Mức
độ ô nhiễm nitrat trong nước thải khác nhau vì hình thái sinh hoạt ở các vùng,
các vị trí khách nhau (Lê Văn Cát, 2007).

 Nguồn nước thải cơng nghiệp
Q trình khoan khai thác diễn ra phổ biến cũng là nguyên nhân gây ô
nhiễm nguồn nước ngầm do lượng nước bị khai thác lớn mà lượng nước mới
chưa kịp bổ sung dẫn tới quá trình xâm thực được đẩy mạnh, nước ngầm được
bổ sung bằng việc thấm từ nguồn nước mặt xuống. Do các hoạt động của

5


nguồn trên đã dẫn đến sự gia tăng nồng độ các chất nitơ trong nước bề mặt.
Các chất này theo nước mặt thấm xuyên từ trên xuống hoặc thấm qua sườn các
con sông, xâm nhập vào nước ngầm dẫn tới tình trạng tăng nồng độ hợp chất
nitơ.
Ơ nhiễm nitrat thường từ quá trình sản xuất bằng phản ứng của axit nitric
với ammonia hoặc đá khống để tạo thành các ḿi khống, dùng làm phân
bón, chế biến mũ cao su, tơ tằm, thuộc da. Chế biến sữa, sản xuất bơ, pho mát,
chế biến nấm, ươm tơ cũng thải ra một lượng nước thải đáng kể chứa hợp chất
nitơ. Đặc biệt, nitrat hay được sử dụng làm phụ gia bảo quản, nhất là trong các
sản phẩm thịt chế biến, thịt đỏ.
Nồng độ nitrat trong nước thải công nghiệp cũng biến động rất mạnh,
không chỉ theo mùa vụ mà cả trong từng ngày, nhất là đối với các cơ sở chế
biến thực phẩm sản xuất đồng thời nhiều loại sản phẩm.
Bảng 1. Nồng độ nitơ tổng trong nước thải công nghiệp
Nồng độ nitơ tổng (mg/L)

Nguồn
Giết mổ

115


Chế biến thịt

76

Chế biến:
- Cá da trơn

33 (28 - 50)

- Cua

94 (58 - 138)

- Tôm

215 (164 - 266)

- Cá

3

Chế biến rau, quả, đồ uống

4

Bột, sản phẩm khoai tây

21 (5 - 40)

Rượu vang


40 (10 - 50)

6


Hóa chất, phân bón:
- NH3 - N

1270

-

- NO3 - N

550
(Lê Văn Cát, 2007)

 Nguồn thải từ nông nghiệp, chăn nuôi
Việc sử dụng dư lượng phân bón hữu cơ, th́c trừ sâu, hóa chất, thực
vật đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới nguồn nước hoặc do quá trình phân
hủy các hợp chất hữu cơ càng làm đẩy nhanh quá trình nhiễm nitrat trong
nước.
Lượng phân bón (phân đạm urê, phân lân, phân tổng hợp NPK) mà cây
trồng không hấp thu được do phân huỷ, rửa trôi thấm vào đất hay bị phân huỷ
ngồi mơi trường.
Lượng nitơ trong phân đạm urê chiếm 46%, thì với việc sử dụng phân
đạm vào nơng nghiệp hàng năm đã làm lượng nitơ thải vào môi trường cũng
khá lớn và làm tăng khả năng nhiễm nitrat vào nguồn nước.
Nguồn nước thải phát sinh do chăn nuôi gia cầm, gia súc chủ yếu là

nước tắm rửa và vệ sinh chuồng trại. Nước thải từ chuồng trại chăn nuôi chứa
một lượng chất rắn không tan lớn: phân, rác rưởi, bùn đất, thức ăn thừa rơi vãi,
các hợp chất hữu cơ chứa nitơ được chiết ra từ các chất thải rắn khi gặp nước.
Nước thải của các loài khác nhau có độ ơ nhiễm khác nhau vì các thành phần
dinh dưỡng trong phân khác nhau. Nồng độ hợp chất nitơ tăng dần theo thời
gian lưu giữ nước thải do lượng chất hữu cơ có khả năng sinh huỷ rất lớn. (Lê
Văn Cát, 2007)
 Tóm lại:
Sự có mặt của nitrat trong nước cho thấy nguồn nước đã bị nhiễm bẩn từ
sử dụng phân bón trong nơng nghiệp, bể phớt, hệ thớng xử lý nước thải, chất
thải động vật, chất thải công nghiệp hoặc từ ngành cơng nghiệp chế biến thực
phẩm. Ngồi ra, hàm lượng nitrat trong nước cao cho thấy nguồn nước đã bị

7


nhiễm bẩn bởi một số chất ô nhiễm khác như vi khuẩn hoặc thuốc trừ sâu
những chất ô nhiễm này có thể thâm nhập vào nguồn nước.
Tùy theo mức độ có mặt của các hợp chất nitơ mà ta có thể biết được
mức độ ô nhiễm nguồn nước. Khi nước mới bị nhiễm bẩn bởi phân bón hoặc
nước thải, trong nguồn nước có NH3, NO2- và NO3-. Sau một thời gian NH3 và
NO2- bị oxy hóa thành NO3-. Như vậy:
-

Nếu nước chứa NH3 và nitơ hữu cơ thì coi như nước mới bị nhiễm bẩn
và nguy hiểm.

-

Nếu nước chủ yếu có NO2- thì nước đã bị ơ nhiễm thời gian dài hơn, ít

nguy hiểm hơn.

-

Nếu nước chủ yếu là NO3- thì quá trình oxy hóa đã kết thúc.

2.1.3 Ảnh hưởng của nitrat đến con người và môi trường
2.1.3.1 Ảnh hưởng của nitrat đến môi trường
Nitơ trong nước thải cao thải ra môi trường khi chưa qua xử lý sẽ gây
ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái.
- Gây ra hiện tượng phú nhưỡng hóa nguồn nước
- Làm suy giảm oxi trong nước
- Gây độc cho các sinh vật sống trong nước và hệ sinh thái
- Làm ô nhiễm nguồn nước ngầm do quá trình thẩm thấu từ bề mặt
Hiện tượng phú dưỡng là sự gia tăng hàm lượng nitrat trong các thủy vực
gây ra sự tăng trưởng của các loại thực vật bậc thấp (tảo, vi tảo…) và tạo ra
những biến động lớn trong hệ sinh thái nước, làm cho chất lượng nước bị suy
giảm và ô nhiễm (Trần Văn Sơn, 2010)
2.1.3.2 Ảnh hưởng của nitrat tới con người
Hàm lượng nitrat cho phép trong nước uống ở Mỹ là 44,3 mg/L và Châu
Âu là 50 mg/L (WHO, 1984). Thực ra NO3- không độc nhưng khi vào cơ thể
nitrat được chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Ion này cịn nguy
hiểm hơn nitrat đới với sức khỏe con người. Nguy cơ độc quan trọng nhất của
nitrite là nó oxy hóa sắt trong hồng cầu tạo thành methaemoglobin làm giảm

8


khả năng vận chuyển oxy trong máu, đồng thời ức chế quá trình phân ly oxy
từ hồng cầu. Các cơ quan trong cơ thể vì vậy mà khơng được cung cấp đủ oxy.

Lượng methaemoglobin trong máu:
-

0 - 3%: Bình thường

-

3 - 10%: Khơng có triệu chứng

-

10 - 20%: Chỉ gây tím tái hoặc khơng có triệu chứng,

-

20 - 40%: Gây đau đầu chóng mặt, mệt mỏi

-

Lớn hơn 55%: Dẫn đến suy tim

-

Cao hơn 65%: Có thể gây tử vong.

Nitrat là một trong các nguyên nhân gây ung thư, đặc biệt là ung thư dạ
dày, được đề cập trong nghiên cứu ECETOC (1988) và FAO/WHO (1985),
tuy nhiên kết quả không đồng nhất. Công bố mới về dịch tễ học cho thấy
không có mới liên hệ giữa lượng tiêu thụ nitrat với ung thư dạ dày (ASTDR,
2015).

Nitrat có thể liên quan đến một số bệnh ung thư xuất phát từ tế bào của
hệ thống miễn dịch như ung thư thực quản, mũi họng, bàng quang, ruột kết,
tuyến tiền liệt và tuyến giáp (ASTDR, 2015).
Ngồi ra, nitrat cịn tạo chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các
amin để tạo thành các nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư, gây quái thai,
gây đột biến, ion nitrat cũng liên quan đến bệnh tiểu đường (Mikuška &
Večeřa, 2013).
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI BỎ NITRAT TRONG NƯỚC
2.2.1 Phương pháp khử nitơ sinh học
Phân hủy sinh học là một biện pháp làm giảm các ion nitrat từ nước thải.
Các hợp chất khác có thể được sử dụng trong quá trình khử nitrat bao gồm
acetate, ethanol, metan, glucose, peptone, bụi, glycerol, axit lactic, mật rỉ,...
(Adav & cs, 2010). Trong quá trình này, nhờ hoạt động của vi sinh vật khử
nitrat thành nitrit và sau đó tạo ra oxit nitric, oxit nitơ và khí nitơ.
NO3 → NO2 → NO → N2O → N2

9


Theo nghiên cứu của Constantin & cs. (1997) đã khử nitơ trong nước
thải bằng hai nguồn carbon khác nhau là ethanol và axit axetic và kết quả cho
thấy ethanol có tỷ lệ khử nitrat tổng thể lớn hơn axit axetic. Ngoài ra Greben
& cs (2004), cũng đã đánh giá về khả năng loại bỏ nitrat bằng cách sử dụng
bụi là nguồn năng lượng. Gần đây, các chất khác như bông, rơm rạ, củi, nhựa
mùn cưa và nhựa phân hủy sinh học như nguồn cacbon hữu cơ cũng đang
được nghiên cứu (Archana & cs, 2011).
Namasivayam & Sangeetha (2005) cũng đã nghiên cứu việc loại bỏ nitrat
từ nước thải bằng công nghệ khử nitơ sinh học bằng cách sử dụng vi khuẩn
Psuedomonas Stutzeri cớ định trong lị phản ứng sinh học tầng sôi với nồng độ
nitrat ban đầu khác nhau (150, 180 và 200 ppm) và thấy rằng hiệu quả loại bỏ

nitơ hơn 96% với methanol là nguồn carbon.
2.2.2 Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất trao
đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất
này gọi là các chất trao đổi ion, chúng hồn tồn khơng tan trong nước (Trần
Văn Nhân & Ngơ Thị Nga, 2002).
Các chất trao đổi ion có thể là vô cơ và hữu cơ, có thể là chất tự nhiên
hay nhân tạo.
-

Nhóm vô cơ tự nhiên gồm caceolit, kim loại khoáng chất, đất sét,
fenspat, chất mica khác nhau…

-

Nhóm tổng hợp vơ cơ: Silacagen, pecmuit, các oxit và hydroxit khó tan
của một vài kim loại

-

Nhóm tự nhiên hữu cơ: Chất mùn của đất và than.

-

Nhóm tổng hợp hữu cơ: Là nhựa trao đổi ion với diện tích bề mặt riêng
lớn. Các nhựa tổng hợp là các hợp chất cao phân tử, các gốc
hydrocarbon của chúng tạo thành mạng lưới khơng gian với các nhóm
chức năng trao đổi ion cố định. (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga,
2002).


10


Trao đổi ion là một quá trình trao đổi các ion nitrat tan trong nước và
nước thải với các ion clorua trên nhựa trao đổi anion. Khi khả năng loại bỏ
chất nitrat của nhựa được cạn kiệt, nó được tạo ra bằng cách sử dụng dung
dịch natri clorua cao để loại bỏ nitrat trên nhựa. Trao đổi ion là một phương
pháp tiềm năng để loại bỏ nitrat hòa tan với hiệu quả cao, hoạt động đơn giản
và chi phí tương đối thấp. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ phù hợp với nước
thải ô nhiễm nitrat ở nồng độ thấp.
2.2.3 Thẩm thấu ngược
Q trình thẩm thấu ngược dựa trên tính chất của màng bán thấm. màng
thường được làm bằng vật liệu như cellulose acetate, polyamit và vật liệu
composit (Archna & cs, 2011).
Điều quan trọng của thẩm thấu ngược là áp suất thẩm thấu là đại lượng
rất nhỏ trong quá trình lọc lại đóng một vai trò quan trọng trong thẩm thấu
ngược. Thẩm thấu ngược không thể thu hồi được bã lọc có độ ẩm thấp vì áp
suất thẩm thấu của dung dịch tăng cùng với sự tách của dung mơi. Ngồi ra,
màng của thẩm thấu ngược làm việc dựa vào các yếu tố khác. Màng chỉ cho
phân tử nước đi qua còn giữ lại các chất hòa tan trên bề mặt. Trong thẩm thấu
ngược các hạt được tách (phân tử, các ion hydrat hóa) là các hạt có kích thước
nhỏ hơn kích thước của phân tử dung mơi (Trần Văn Nhân & Ngô Thị Nga,
2002).
Hầu hết các màng tế bào không biểu hiện sự chọn lọc cao đới với ion
nitrat. Ví dụ, Darbi & cs (2003) báo cáo sự so sánh giữa ba cơng nghệ RO,
trao đổi ion và q trình sinh học để loại bỏ nitrat và cho thấy rằng hiệu suất
xử lý nitrat thấp nhất đạt được với RO (85%) so với 90% và 96% đối với trao
đổi ion và quá trình sinh học, tương ứng.
Màng lọc RO được sản xuất từ chất liệu Polyamit, công nghệ lọc RO
được phát minh và nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ trước và phát triển

hoàn thiện vào thập niên 70 sau đó. Màng lọc RO được phát minh bởi nhà
khoa học Oragin.

11