I. Tổng Quan Về Ô Nhiễm Nitơ Từ Nước Thải Cao Su
Việt Nam là một trong những quốc gia xuất khẩu cao su hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, ngành công nghiệp này đang đối mặt với thách thức lớn về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là từ nước thải cao su thiên nhiên. Nước thải này chứa nồng độ cao các hợp chất hữu cơ, amon và các chất ô nhiễm khác. Các hệ thống xử lý hiện tại thường gặp khó khăn trong việc loại bỏ amon hiệu quả, dẫn đến nước thải đầu ra vẫn có hàm lượng nitơ cao. Nghiên cứu về các giải pháp xử lý hiệu quả hơn là vô cùng cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Theo số liệu thống kê, năm 2021, diện tích trồng cao su của Việt Nam đạt 938,8 ngàn ha với sản lượng 1,26 triệu tấn, mang về gần 3,3 tỷ USD [1].
1.1. Nguồn Gốc và Đặc Tính Nước Thải Cao Su Thiên Nhiên
Nước thải cao su thiên nhiên phát sinh từ quá trình sơ chế mủ cao su thành các sản phẩm khác nhau. Quá trình này bao gồm các công đoạn như đánh đông, cán băm, cán tạo tờ, cắt và rửa bồn chứa. Nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm, bao gồm các hợp chất hữu cơ, amon, và các chất rắn lơ lửng. Đặc biệt, việc sử dụng amoniac để chống đông làm tăng nồng độ N-NH4+ trong nước thải. Theo nghiên cứu, để sản xuất một tấn mủ ly tâm, cao su khối, cao su cốm cần lần lượt 18, 25 và 30 m3 nước thải [2].
1.2. Tác Động Môi Trường Của Ô Nhiễm Nitơ Trong Nước Thải
Ô nhiễm nitơ trong nước thải gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Hàm lượng amon cao có thể chuyển hóa thành các chất gây ung thư và các bệnh nguy hiểm khác. Ngoài ra, amon còn cản trở quá trình xử lý nước cấp và tạo điều kiện cho sự hình thành nitrit và nitrat, những chất có thể gây hại cho sức khỏe con người và sinh vật thủy sinh. Theo QCVN 01:2009/BYT, hàm lượng nitrit cho phép trong nước ăn uống là dưới 3 mg/L [11].
II. Thách Thức Trong Xử Lý Ô Nhiễm Nitơ Nước Thải Cao Su
Các phương pháp xử lý nước thải cao su truyền thống, như hồ kỵ khí và hiếu khí, thường không hiệu quả trong việc loại bỏ nitơ, đặc biệt là amon. Các công nghệ này đòi hỏi diện tích lớn, thời gian lưu dài và có thể gây ra các vấn đề về mùi và phát thải khí nhà kính. Do đó, cần có các giải pháp công nghệ xử lý nước thải mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường để giải quyết vấn đề ô nhiễm nitơ từ nước thải cao su. Các nghiên cứu về xử lý nước thải cao su bắt đầu từ năm 1957 [15].
2.1. Giới Hạn Của Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải Truyền Thống
Các công nghệ xử lý truyền thống như hồ kỵ khí có hiệu suất xử lý COD cao (96% cho nước thải cao su ly tâm [16]), nhưng cần diện tích lớn và thời gian lưu dài (khoảng 90 ngày). Các công nghệ hiếu khí như mương oxy hóa và đĩa quay sinh học có chi phí năng lượng và bảo trì lớn, đồng thời phát thải khí nhà kính CO2. Hệ thống UASB có thể giảm chi phí vận hành và thu hồi năng lượng, nhưng lượng amon trong nước thải sau xử lý vẫn vượt quá QCVN 01-MT:2015/BTNMT.
2.2. Yêu Cầu Về Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Hiệu Quả Hơn
Để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải ngày càng nghiêm ngặt và giảm thiểu tác động môi trường, cần có các công nghệ xử lý nước thải mới, hiệu quả hơn trong việc loại bỏ nitơ. Các công nghệ này cần có khả năng xử lý amon ở nồng độ cao, hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường khác nhau và có chi phí vận hành hợp lý. Việc nghiên cứu và ứng dụng các chủng vi sinh vật xử lý nước thải có khả năng chuyển hóa nitơ cao là một hướng đi đầy tiềm năng.
III. Glutamicibacter Nicotianae D7 Giải Pháp Xử Lý Nitơ Tiềm Năng
Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm nitơ trong nước thải cao su thiên nhiên của chủng Glutamicibacter nicotianae D7. Đây là một chủng vi khuẩn dị dưỡng được phân lập từ bùn hoạt tính của thiết bị DHS, có khả năng chuyển hóa amon cao. Chủng D7 có khả năng nitrat hóa và phản nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí, mở ra một hướng mới trong xử lý nước thải ô nhiễm nitơ ở nồng độ cao. Theo tóm tắt luận văn, chủng D7 có khả năng chuyển hóa amon cao trong điều kiện C/N 1-40, pH 6,5-9 và N-NH4+ đến 500 mg/L.
3.1. Phân Lập và Định Danh Vi Khuẩn Glutamicibacter Nicotianae D7
Glutamicibacter nicotianae D7 được phân lập từ bùn hoạt tính của thiết bị DHS. Quá trình phân lập và định danh vi khuẩn được thực hiện bằng các phương pháp sinh học phân tử. Chủng D7 được xác định là một vi khuẩn dị dưỡng có khả năng chuyển hóa amon cao. Việc phân lập từ bùn hoạt tính cho thấy khả năng thích nghi của chủng với môi trường nước thải.
3.2. Cơ Chế Xử Lý Nitơ Của Chủng Glutamicibacter Nicotianae D7
Chủng Glutamicibacter nicotianae D7 có khả năng nitrat hóa và phản nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí. Điều này có nghĩa là chủng có thể chuyển đổi amon thành nitrat và sau đó chuyển đổi nitrat thành khí nitơ, giúp loại bỏ nitơ khỏi nước thải. Cơ chế xử lý nitơ này là một ưu điểm lớn so với các phương pháp truyền thống, vốn đòi hỏi điều kiện kỵ khí cho quá trình phản nitrat hóa.
IV. Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Của Glutamicibacter Nicotianae D7
Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý của chủng Glutamicibacter nicotianae D7 trong môi trường nhân tạo và nước thải cao su. Các thí nghiệm được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ C/N, pH và hàm lượng amon đến khả năng chuyển hóa nitơ của chủng. Kết quả cho thấy chủng D7 có khả năng chuyển hóa amon cao trong điều kiện thích hợp. Tại C/N = 20, pH = 7 và N – NH4+ 100 mg/L hiệu suất chuyển hóa amon đạt 99,6% trong 16 giờ.
4.1. Ảnh Hưởng Của Tỷ Lệ C N pH và Hàm Lượng Amon
Các thí nghiệm cho thấy tỷ lệ C/N, pH và hàm lượng amon có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chuyển hóa nitơ của chủng Glutamicibacter nicotianae D7. Tỷ lệ C/N thích hợp là 20 – 40. pH tối ưu cho quá trình chuyển hóa amon là khoảng 7. Khi hàm lượng N – NH4+ thấp hơn 180 mg/L, hàm lượng amon trong canh trường còn lại đạt QCVN01-MT-2015- BTNMT.
4.2. Hiệu Quả Loại Bỏ Nitơ Trong Môi Trường Nước Thải Cao Su
Chủng Glutamicibacter nicotianae D7 có khả năng chuyển hóa amon trong môi trường nước thải cao su. Hiệu quả loại bỏ nitơ của chủng ở các nguồn nitơ N – NH4+, N – NO2- và N – NO3- lần lượt là 43,1 %; 44,5 % và 36,6 %. Các thí nghiệm được thực hiện trên môi trường nước thải cao su đã tiệt trùng và không tiệt trùng để đánh giá khả năng cạnh tranh của chủng với các vi sinh vật bản địa.
V. Ứng Dụng Thực Tế Xử Lý Amon Bằng Thiết Bị DHS
Chủng Glutamicibacter nicotianae D7 được đánh giá khả năng xử lý amon trong thiết bị DHS. Sau 70 ngày, hiệu suất chuyển hóa amon của chủng D7 trong môi trường nước thải sơ chế cao su đạt 62,0 %, hàm lượng N – NH4+ dòng ra là 47,4 mg/L đạt cột B theo QCVN01-MT-2015-BTNMT. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của chủng D7 trong xử lý nước thải thực tế.
5.1. Mô Tả Thiết Bị DHS và Quá Trình Xử Lý Sinh Học
Thiết bị lọc nhỏ giọt qua lớp vật liệu xốp (DHS) là một công nghệ xử lý sinh học hiệu quả để loại bỏ amon trong nước thải. Trong thiết bị DHS, vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu xốp và thực hiện quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa. Thiết bị DHS có ưu điểm là chi phí vận hành thấp và hiệu quả xử lý ổn định.
5.2. Kết Quả Xử Lý Amon Trong Thiết Bị DHS Với Chủng D7
Kết quả thí nghiệm cho thấy chủng Glutamicibacter nicotianae D7 có khả năng xử lý amon hiệu quả trong thiết bị DHS. Sau 70 ngày vận hành, hiệu suất chuyển hóa amon đạt 62,0 %, và hàm lượng N – NH4+ dòng ra đạt tiêu chuẩn cột B theo QCVN01-MT-2015-BTNMT. Điều này chứng minh tiềm năng ứng dụng của chủng D7 trong xử lý nước thải cao su thực tế.
VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Về Xử Lý Nước Thải Cao Su
Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của chủng Glutamicibacter nicotianae D7 trong xử lý ô nhiễm nitơ từ nước thải cao su thiên nhiên. Chủng D7 có khả năng chuyển hóa amon cao trong điều kiện thích hợp và có thể được ứng dụng trong thiết bị DHS để xử lý nước thải thực tế. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện vận hành của thiết bị DHS và đánh giá khả năng ứng dụng của chủng D7 trong quy mô lớn hơn.
6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp
Nghiên cứu đã phân lập và định danh chủng Glutamicibacter nicotianae D7 có khả năng xử lý nitơ cao. Nghiên cứu cũng đã đánh giá hiệu quả xử lý của chủng trong môi trường nhân tạo và nước thải cao su, cũng như trong thiết bị DHS. Kết quả nghiên cứu đóng góp vào việc tìm kiếm các giải pháp xử lý nước thải cao su hiệu quả và thân thiện với môi trường.
6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo và Tiềm Năng Ứng Dụng
Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa điều kiện vận hành của thiết bị DHS, đánh giá khả năng ứng dụng của chủng D7 trong quy mô lớn hơn và nghiên cứu cơ chế xử lý nitơ của chủng một cách chi tiết hơn. Việc kết hợp chủng D7 với các công nghệ xử lý nước thải khác cũng là một hướng đi đầy tiềm năng để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải cao su.
