Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Bối cảnh thực tiễn và tính cấp thiết

Trong xử lý nước thải đô thị và các dòng thải đặc thù (như nước tiểu tách dòng - source-separated urine), nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng khử như amine hữu cơ ($R\text{-}NH_3$, $R\text{-}NH_4$), amoni ion hóa ($NH_4^+$) hoặc amoniac tự do ($NH_3$). Quy trình loại bỏ nitơ truyền thống thông qua hai giai đoạn nitrat hóa hoàn toàn ($NH_4^+ \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO_3^-$) và khử nitrat ($NO_3^- \rightarrow N_2$) đòi hỏi tiêu tốn lượng lớn oxy hòa tan cho sục khí, bổ sung nguồn carbon hữu cơ ngoại sinh và yêu cầu thể tích bể phản ứng riêng biệt.

Để tối ưu hóa chi phí và tài nguyên, các quy trình sinh học mới như nitrat hóa bán phần (partial nitrification / nitritation: $NH_4^+ \rightarrow NO_2^-$) kết hợp với quá trình oxy hóa amoni kỵ khí (ANAMMOX: $NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2$) đã được phát triển. Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật cốt lõi của quá trình nitrat hóa bán phần là phải tạo ra môi trường chọn lọc nhằm duy trì và ưu tiên nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni (Ammonia-Oxidizing Bacteria - AOB), đồng thời ức chế hoàn toàn nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrit (Nitrite-Oxidizing Bacteria - NOB) để ngăn chặn việc chuyển hóa $NO_2^-$ thành $NO_3^-$.

Công nghệ bể phản ứng màng sinh học (Membrane Biofilm Reactor - MBfR) hay bể phản ứng màng sinh học sục khí (Membrane Aerated Biofilm Reactor - MABR) sử dụng màng sợi rỗng không xốp (như cao su silicone) cung cấp một cơ chế sục khí không tạo bọt (bubbleless aeration). Khí oxy khuếch tán từ lòng màng vào lớp đáy màng sinh học, trong khi cơ chất ($NH_4^+$) khuếch tán từ pha lỏng bên ngoài vào. Cơ chế khuếch tán ngược chiều (counter-diffusional) này tạo ra gradient nồng độ đặc thù, giữ nồng độ oxy hòa tan (DO) trong dung dịch khối ở mức rất thấp, hạn chế sự rửa trôi sinh khối và tạo áp lực chọn lọc tự nhiên cho AOB phát triển.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Khóa luận tập trung vào các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:

  1. Thử nghiệm và đánh giá phương pháp xử lý amoni trong nước thải bằng bể phản ứng màng sinh học sợi rỗng (MBfR) với cơ chế cấp khí không tạo bọt qua màng silicone.
  2. Kiểm soát quá trình nitrat hóa bán phần nhằm tạo ra sản phẩm chính là nitrite ($NO_2^-$) làm tiền đề cho quy trình ANAMMOX, đồng thời hạn chế tối đa sự hình thành nitrate ($NO_3^-$).
  3. Đánh giá sự thích nghi và duy trì hoạt tính của quần thể vi khuẩn AOB bám dính trên bề mặt màng silicone trong hai giai đoạn: giai đoạn bổ sung định kỳ vi sinh vật AOB và giai đoạn tự duy trì sinh khối mà không cần bổ sung vi sinh vật ngoại sinh.
  4. Theo dõi nồng độ các ion nitơ ($NO_2^-$, $NO_3^-$) trong hệ thống bằng phương pháp sắc ký ion (Ion Chromatography - IC) theo chu kỳ vận hành thực nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình oxy hóa amoni thành nitrit thông qua màng sinh học bám dính trên sợi màng silicone đơn sợi; động học hình thành $NO_2^-$ và $NO_3^-$; chủng vi sinh vật oxy hóa amoni (AOB).
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học (Biotechnology Lab), Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường, Đại học Quốc lập Trung Hưng (National Chung Hsing University - NCHU), Đài Loan, trong khuôn khổ chương trình đào tạo liên kết của Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình chuẩn bị, thiết lập hệ thống, nuôi cấy và phân tích mẫu nước được thực hiện từ tháng 03/2017 đến tháng 05/2017 (thời gian nộp báo cáo: 25/09/2017).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết về chuyển hóa Nitơ và cơ chế màng sinh học ngược chiều

Trong các hệ thống xử lý sinh học, chuyển hóa nitơ bao gồm nhiều trạng thái oxy hóa từ -3 đến +5:

Quy trình chuyển hóa Trạng thái oxy hóa của Nitơ Phản ứng / Chất tham gia và sản phẩm
Nitritation (Nitrification bước 1) $-3 \rightarrow +3$ $NH_3 \rightarrow NH_2OH \rightarrow NO_2^-$
Nitratation (Nitrification bước 2) $+3 \rightarrow +5$ $NO_2^- \rightarrow NO_3^-$
Dị dưỡng (Heterotrophic denitrification) $+5 \rightarrow 0$ $NO_3^- \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO \rightarrow N_2O \rightarrow N_2$
Tự dưỡng (Autotrophic denitrification) $-3 \rightarrow +3$ $NH_3 \rightarrow NH_2OH \rightarrow N_2O \rightarrow NO \rightarrow NO_2^-$
ANAMMOX (Anaerobic ammonia oxidation) $-3 + (+3) \rightarrow 0$ $NH_3 + NO_2^- \rightarrow N_2H_4 \rightarrow N_2$

Trong màng sinh học khuếch tán đồng chiều truyền thống (co-diffusional biofilms), cả chất cho và chất nhận electron đều đi từ pha lỏng vào màng sinh học, khiến vùng hoạt động trao đổi chất mạnh nhất nằm ở bề mặt ngoài cùng. Ngược lại, trong hệ thống MBfR:

  • Oxy (chất nhận electron) được cấp từ bề mặt giá thể màng (sub-stratum) đi xuyên qua màng silicone theo cơ chế hấp phụ - hòa tan - khuếch tán.
  • Amoni và chất dinh dưỡng (chất cho electron) khuếch tán từ pha lỏng vào bề mặt ngoài của màng sinh học.
  • Cấu trúc này tạo ra vùng hoạt động chuyển hóa mạnh nhất ở đáy lớp màng sinh học, nơi vi khuẩn nitrat hóa tiếp xúc với nồng độ oxy cao nhưng nồng độ chất hữu cơ thấp, giúp hạn chế sự cạnh tranh của vi sinh vật dị dưỡng. Đồng thời, do DO trong pha lỏng tổng thể (bulk liquid) được duy trì ở mức cực thấp ($< 0{,}1\text{ mg/L}$), sự phát triển của vi khuẩn NOB bị ức chế mạnh.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm (laboratory-scale experimentation):

  • Nuôi cấy vi sinh bám màng: Sử dụng sợi màng silicone để cố định sinh khối vi sinh vật AOB, tạo điều kiện tăng thời gian lưu chất rắn (Solid Retention Time - SRT) mà không phụ thuộc vào thời gian lưu lực nước.
  • Kiểm soát áp suất khí cấp: Vận hành cấp khí oxy/không khí ở áp suất không đổi (constant pressure) qua màng silicone, tạo điều kiện sục khí không tạo bọt liên tục, loại bỏ tác động xé rách sinh khối do bọt khí sinh ra như ở các hệ thống sục khí truyền thống.
  • Phương pháp phân tích hóa lý: Đo pH bằng máy đo điện tử để bàn tích hợp đầu dò nhiệt độ tự động bù trừ sai số; làm sạch đầu đo bằng khăn chuyên dụng Kimtech.
  • Phương pháp sắc ký ion (Ion Chromatography - IC): Phân tích định tính và định lượng các anion ($NO_2^-$, $NO_3^-$) trong mẫu nước dựa trên thời gian lưu (retention time) và diện tích pic phổ thông qua đường chuẩn (standardization curve) với dung dịch chuẩn 10 ppm $NO_2^-$.

Thiết kế và triển khai hệ thống thực nghiệm

Cấu hình hệ phản ứng MBfR

Hệ thống phản ứng nitrat hóa bán phần được thiết kế dưới dạng cột phản ứng hình ống bằng thủy tinh kết hợp bình chứa tuần hoàn:

  • Kích thước cột phản ứng: Chiều dài $122\text{ cm}$, đường kính ngoài (OD) $2{,}5\text{ cm}$, đường kính trong (ID) $2{,}29\text{ cm}$, tổng thể tích làm việc $300\text{ mL}$.
  • Màng cấp khí: Sử dụng 01 sợi màng silicone đơn sợi đặt dọc theo chiều dài cột phản ứng ($122\text{ cm}$), đường kính ngoài sợi màng là $2{,}0\text{ mm}$.
  • Tuần hoàn dòng lỏng: Bơm tuần hoàn thực hiện luân chuyển môi trường lỏng giữa cột phản ứng chứa màng và bình chứa mẫu với lưu lượng thấp nhằm hạn chế lực cắt thủy động lực học lên màng sinh học.
  • Hệ thống cấp khí: Nguồn khí cấp oxy và nitơ được nối trực tiếp vào đầu màng silicone, vận hành dưới áp suất ổn định.
+-------------------------------------------------------------------------+
|                  CẤU HÌNH HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM MBfR                     |
|                                                                         |
|  [Khí cấp: O2 / N2] ---> [Ống màng Silicone đơn: Dài 122cm, OD 2.0mm]   |
|                                     |                                   |
|                          (Khuếch tán không bọt)                         |
|                                     v                                   |
|  [Dung dịch tuần hoàn] <---> [Cột thủy tinh MBfR: V=300mL, Dài 122cm]   |
|                                     ^                                   |
|                                     | (Bơm tuần hoàn)                   |
|                                     v                                   |
|                       [Bình chứa mẫu / Đo pH, DO]                       |
+-------------------------------------------------------------------------+

Thành phần và quy trình pha chế môi trường dinh dưỡng (AOB Medium)

Môi trường nuôi cấy AOB được chuẩn bị với thể tích chuẩn $150\text{ mL}$ cho mỗi ống phản ứng (Ống đối chứng - Control tube ký hiệu là N và Ống thử nghiệm - Test tube ký hiệu là Test), độ pH mục tiêu được điều chỉnh chính xác về mức $8{,}2$.

Thành phần hóa chất sử dụng trong pha chế môi trường được tổng hợp chi tiết theo bảng sau:

Mã thành phần Hóa chất / Hợp chất Nồng độ dung dịch gốc Lượng sử dụng cho pha chế
TA4 $(NH_4)_2SO_4$ $500\text{ mg-N/L}$ $0{,}60\text{ mL}$ (hoặc $2{,}60\text{ mL}$ theo bảng định lượng chuẩn)
TM6 $MgSO_4 \cdot 7H_2O$ Dung dịch gốc $0{,}15\text{ mL}$
TC1 $CaCl_2$ Dung dịch gốc $0{,}15\text{ mL}$
TP5 $KH_2PO_4$ Dung dịch gốc $0{,}147\text{ mL}$
TP1 $KCl$ Dung dịch gốc $0{,}15\text{ mL}$
DH1 Đệm HEPES $10\text{ g/L}$ $1{,}75\text{ }\mu\text{L}$
Khoáng vi lượng (*) Dung dịch vi lượng chứa $Na_2EDTA$ $4{,}062\text{ g/L}$ Thành phần vi lượng chuẩn
Cơ chất bổ sung $KHCO_3$, $NaCl$ Hóa chất tinh khiết Theo tỷ lệ phối trộn chuẩn

Quy trình chuẩn bị:

  1. Đong $300\text{ mL}$ nước khử ion (DI water) vào bình chứa, đặt lên máy lắc để hòa trộn.
  2. Dùng micropipette hút chính xác lượng dung dịch hóa chất theo bảng định lượng cho vào môi trường.
  3. Đo giá trị pH ban đầu bằng máy đo pH kỹ thuật số để bàn. Bổ sung từ từ từng giọt dung dịch $NaOH$ để đưa pH môi trường đạt giá trị xấp xỉ $8{,}2$. Nếu lượng $NaOH$ cho vào quá mức làm pH vượt quá $8{,}2$, toàn bộ mẻ môi trường phải được hủy và pha chế lại từ đầu.
  4. Chia đều môi trường thành hai phần $150\text{ mL}$ vào Ống đối chứng (N) và Ống thử nghiệm (Test). Nối các ống với hệ thống cấp khí $O_2$ và $N_2$.
  5. Đối với Ống thử nghiệm (Test), dùng kim tiêm cấy bổ sung $10\text{ mL}$ dung dịch vi sinh vật AOB trong giai đoạn khởi động.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Giới thiệu (Part 1: Introduction)

Tác giả trình bày lý do lựa chọn công nghệ màng sinh học MBfR và nguyên lý khuếch tán ngược chiều của cơ chất. Chương này làm rõ ba đặc tính sinh học - thủy lực khác biệt của màng MBfR so với màng sinh học truyền thống:

  1. Hình thành cấu trúc quần thể vi sinh vật độc nhất: Oxy cấp từ đáy màng sinh học giúp vi khuẩn tự dưỡng nitrat hóa phát triển ở lớp trong cùng với nồng độ oxy cao và nồng độ chất hữu cơ thấp, tạo ưu thế ức chế vi khuẩn NOB.
  2. Độ nhạy cao đối với sự tích tụ màng sinh học: Thông lượng chuyển hóa tăng theo độ dày màng sinh học đến một ngưỡng tới hạn, sau đó giảm dần do sự giới hạn khuếch tán ngược chiều của chất cho hoặc chất nhận electron ở hai phía đối diện.
  3. Giảm tác động cản trở của lớp khuếch tán lỏng (Liquid Diffusion Layer - LDL): Lớp LDL đóng vai trò như rào cản ngăn chặn sự thất thoát oxy từ bên trong màng sinh học ra pha lỏng, giúp bảo toàn oxy cho sinh khối bám màng trong khi nồng độ DO trong pha lỏng vẫn ở mức thấp.

Phần 2: Tổng quan tài liệu (Part 2: Literature Review)

Tổng hợp các cơ sở lý thuyết về các dạng hợp chất nitơ trong nước thải đô thị; các quy trình chuyển hóa nitơ tiên tiến bao gồm Nitritation/Denitritation, ANAMMOX, và kết hợp Nitritation - ANAMMOX. Phân tích tiềm năng xử lý dòng nước thải có nồng độ amoni cao từ nước tiểu tách dòng (source-separated urine) theo mô hình phân tán. Tổng quan các mô hình truyền khối oxy không tạo bọt qua màng không xốp (silicone) so với màng vi xốp (microporous), khẳng định màng cao su silicone kiểm soát tốt gradient nồng độ oxy xuyên màng.

Phần 3: Phương pháp và vật liệu (Part 3: Methods and Materials)

Mô tả chi tiết việc lựa chọn màng sợi rỗng silicone để phân phối oxy không tạo bọt; thông số kỹ thuật của cột phản ứng thủy tinh ($122\text{ cm} \times 2{,}29\text{ cm}$ ID); quy trình pha chế $150\text{ mL}$ môi trường AOB với hệ đệm HEPES và điều chỉnh pH bằng $NaOH$ về mức $8{,}2$. Trình bày nguyên lý đo nồng độ ion bằng thiết bị sắc ký ion (IC), cơ chế trao đổi ion trên cột tách nhựa dương/âm và đo độ dẫn điện của dung dịch rửa giải (eluent) để xác định pic phổ $NO_2^-$ và $NO_3^-$.

Phần 4: Kết quả và thảo luận (Part 4: Results and Discussion)

Trình bày và phân tích dữ liệu thực nghiệm sắc ký đồ thu thập từ ngày 27/03/2017 đến ngày 22/05/2017 qua hai giai đoạn vận hành chính: giai đoạn có bổ sung AOB định kỳ hàng tuần và giai đoạn dừng bổ sung AOB để kiểm tra tính ổn định của lớp màng sinh học tự thân.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm qua các giai đoạn

Dữ liệu quan trắc sắc ký ion (IC) ghi nhận quá trình chuyển hóa amoni và sự tích tụ nitrit qua các mốc thời gian cụ thể:

Giai đoạn Thời gian Mẫu phân tích Thời gian lưu pic $NO_2^-$ (phút) Diễn biến thực nghiệm và kết quả chính
Giai đoạn 1 (Có bổ sung AOB) 27/03/2017 AOB ban đầu $4{,}00$ Khởi động hệ thống; sinh khối chứa hỗn hợp vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng; DO pha lỏng duy trì mức thấp.
05/04/2017 Control / Test $4{,}00$ / $4{,}10$ Sau 2 tuần vận hành, amoni bắt đầu bị oxy hóa; xuất hiện lượng nhỏ nitrite trong ống Test, chưa phát hiện nitrate tích tụ.
10/04/2017 Control / Test $4{,}00$ / $4{,}09$ Quá trình nitrit hóa diễn ra ổn định; pic $NO_2^-$ ghi nhận rõ ràng trên sắc ký đồ ống Test.
17/04/2017 Control / Test $4{,}25$ / $4{,}13$ Lượng $NO_2^-$ tiếp tục gia tăng trong ống Test; ống đối chứng không ghi nhận sự tích lũy $NO_2^-$.
24/04/2017 Test out $4{,}11$ Nồng độ $NO_2^-$ đạt mức cao tương ứng với thời gian lưu chuẩn ($4{,}35\text{ phút}$ của mẫu chuẩn $10\text{ ppm}$).
Giai đoạn 2 (Dừng bổ sung AOB) 01/05/2017 Control / Test $4{,}09$ / $4{,}10$ Ngừng cấp vi sinh AOB vào ống Test khi thay môi trường mới. Lượng $NO_2^-$ và $NO_3^-$ biến động mạnh do thay đổi điều kiện đột ngột.
08/05/2017 Control / Test $4{,}08$ / $4{,}01$ Hệ thống dần ổn định nhưng kết quả có sai lệch nhẹ do thao tác phân tích hoặc suy giảm hiệu năng màng.
15/05/2017 Control / Test $4{,}15$ / $4{,}22$ Phát hiện các lỗ thủng vi mô trên ống silicone làm rò rỉ khí. Tiến hành khắc phục và hàn kín ống; kết quả đo $NO_2^-$ chuẩn xác trở lại.
22/05/2017 Control / Test $4{,}13$ / $4{,}12$ Ống Test tạo ra lượng lớn $NO_2^-$ vượt trội và chỉ tạo ra lượng $NO_3^-$ không đáng kể, khẳng định AOB chiếm ưu thế hoàn toàn trên màng sinh học.

Đóng góp của đề tài

  1. Minh chứng tính khả thi của hệ thống MBfR sục khí không tạo bọt: Nghiên cứu đã chứng minh màng silicone đơn sợi vận hành dưới áp suất ổn định có khả năng cung cấp oxy hiệu quả cho màng sinh học mà không tạo bọt khí, duy trì nồng độ DO trong dung dịch khối $< 0{,}1\text{ mg/L}$.
  2. Chọn lọc thành công vi khuẩn AOB và ức chế NOB: Sự kết hợp giữa nồng độ DO khối cực thấp và cơ chế cấp oxy từ đáy màng sinh học đã tạo áp lực chọn lọc sinh học hiệu quả, giúp AOB chiếm ưu thế, oxy hóa amoni thành nitrit và ngăn chặn quá trình chuyển hóa tiếp thành nitrat.
  3. Tạo tiền đề cho công nghệ ANAMMOX: Hệ thống thực hiện thành công phản ứng nitrat hóa bán phần (partial nitrification / halfway nitrification), tạo ra dòng thải giàu nitrit phù hợp làm nguồn cấp trực tiếp cho các giai đoạn xử lý ANAMMOX tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm (thể tích $300\text{ mL}$, 01 sợi màng silicone đơn), chưa đánh giá trên quy mô bán công nghiệp hoặc dòng thải thực tế liên tục.
  • Hệ thống gặp sự cố vật lý trong quá trình vận hành (xuất hiện lỗ rò khí trên màng silicone vào giữa tháng 5/2017), làm ảnh hưởng tạm thời đến tính đồng nhất của số liệu đo trước khi được phát hiện và khắc phục.
  • Chưa khảo sát chi tiết ảnh hưởng của hiện tượng bó màng (membrane bundling) và các vùng chết thủy động lực học (dead zones) khi sử dụng bó nhiều sợi màng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng nghiên cứu ghép nối trực tiếp hệ thống MBfR nitrat hóa bán phần với bể phản ứng ANAMMOX để đánh giá hiệu suất khử nitơ tổng số ($TN$).
  • Ứng dụng mô hình tính toán động lực học chất lưu (Computational Fluid Dynamics - CFD) kết hợp với mô hình biến dạng màng sinh học để tối ưu hóa chế độ dòng chảy xung quanh các bó sợi màng.
  • Đánh giá độ bền cơ học và tuổi thọ của màng silicone trong điều kiện vận hành dài hạn với nước thải thực tế chứa nồng độ amoni cao (như nước tiểu tách dòng).

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Môi trường, Khoa học Môi trường và Công nghệ Sinh học: Tham khảo quy trình thiết lập mô hình bể phản ứng màng sinh học (MBfR/MABR), phương pháp nuôi cấy vi sinh vật tự dưỡng nitrat hóa bám màng và quy trình chuẩn bị môi trường dinh dưỡng kiểm soát pH nghiêm ngặt bằng đệm HEPES.
  • Các nghiên cứu về công nghệ xử lý Nitơ tiên tiến (PN/A, ANAMMOX): Cung cấp các thông số thực nghiệm, quy trình định lượng anion ($NO_2^-$, $NO_3^-$) bằng sắc ký ion (IC) và giải pháp kiểm soát nồng độ oxy hòa tan thấp ($< 0{,}1\text{ mg/L}$) để ức chế NOB.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống MBfR trong nghiên cứu lại sử dụng màng silicone thay vì màng vi xốp?

Màng silicone là loại màng không xốp hoạt động theo cơ chế hấp phụ - hòa tan - khuếch tán. Khi cấp khí qua màng silicone, oxy khuếch tán trực tiếp vào lớp màng sinh học bám trên bề mặt mà không giải phóng bọt khí vào dung dịch khối (bubbleless aeration). Điều này ngăn chặn hiện tượng bọt khí xé rách sinh khối, giúp duy trì nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch khối ở mức rất thấp ($< 0{,}1\text{ mg/L}$), tạo áp lực ức chế chọn lọc vi khuẩn NOB.

2. Kích thước và thông số kỹ thuật của cột phản ứng MBfR trong nghiên cứu là bao nhiêu?

Cột phản ứng được làm bằng ống thủy tinh có chiều dài $122\text{ cm}$, đường kính ngoài $2{,}5\text{ cm}$, đường kính trong $2{,}29\text{ cm}$, và thể tích làm việc $300\text{ mL}$. Hệ thống chứa 01 sợi màng silicone đơn dài $122\text{ cm}$ với đường kính ngoài $2{,}0\text{ mm}$.

3. Quy trình chuẩn bị môi trường AOB yêu cầu kiểm soát pH ở mức nào và xử lý ra sao nếu vượt ngưỡng?

Môi trường AOB yêu cầu kiểm soát pH chính xác ở mức $8{,}2$. Trong quá trình pha chế với $300\text{ mL}$ nước khử ion (DI), người thực hiện phải dùng dung dịch $NaOH$ nhỏ từng giọt để nâng pH lên $8{,}2$. Nếu cho quá nhiều $NaOH$ làm pH vượt quá $8{,}2$, toàn bộ dung dịch môi trường phải bị hủy bỏ và tiến hành pha chế lại từ đầu.

4. Thiết bị và phương pháp nào được sử dụng để định lượng nitrite và nitrate trong các mẫu nước?

Tác giả sử dụng phương pháp sắc ký ion (Ion Chromatography - IC) với cột tách hạt nhựa trao đổi ion và đầu dò đo độ dẫn điện. Nồng độ ion $NO_2^-$ và $NO_3^-$ được tính toán dựa trên việc so sánh diện tích pic và thời gian lưu của mẫu phân tích với đường chuẩn của dung dịch mẫu chuẩn ($10\text{ ppm}$ $NO_2^-$, thời gian lưu pic chuẩn khoảng $4{,}26 - 4{,}35\text{ phút}$).

5. Sự cố kỹ thuật nào đã xảy ra vào tháng 05/2017 và tác giả đã giải quyết như thế nào?

Vào đợt phân tích ngày 15/05/2017, nhóm nghiên cứu phát hiện các kết quả đo bị sai lệch do xuất hiện một số lỗ thủng trên ống màng silicone làm rò rỉ khí và cản trở quá trình truyền oxy. Sau khi phát hiện và tiến hành hàn kín, khắc phục các lỗ thủng trên ống silicone, hệ thống đã hoạt động chính xác trở lại, ghi nhận nồng độ $NO_2^-$ chiếm ưu thế và lượng $NO_3^-$ sinh ra không đáng kể.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Phạm Việt Hùng đã chứng minh thành công tính khả thi của công nghệ sục khí không tạo bọt qua màng silicone trong bể phản ứng màng sinh học (MBfR) để thực hiện quá trình nitrat hóa bán phần oxy hóa amoni thành nitrit. Hệ thống vận hành ở điều kiện nồng độ oxy hòa tan khối cực thấp ($< 0{,}1\text{ mg/L}$), tạo áp lực chọn lọc giúp vi khuẩn oxy hóa amoni (AOB) chiếm ưu thế trên bề mặt màng và ức chế hoàn toàn vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB). Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở thực nghiệm quan trọng cho việc ứng dụng công nghệ MBfR làm tiền xử lý cho quy trình ANAMMOX trong xử lý nước thải giàu amoni.