Để quá trình xử lý tổng Nitơ trong nước thải diễn ra thành công cần có sự góp mặt của hai giai đoạn là Nitrat hóa và khử Nitrat. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết hơn về quá trình này qua bài viết được Biogency chia sẻ dưới đây.
Quá trình xử lý tổng Nitơ trong nước thải
Quá trình xử lý tổng Nitơ trong nước thải được biết đến với 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Quá trình Nitrat hóa.
- Giai đoạn 2: Quá trình phản Nitrat hóa (khử Nitrat).
Chi tiết về mỗi giai đoạn trong quá trình xử lý tổng Nitơ, mời bạn đọc cũng theo dõi tiếp nội dung dưới đây:
– Quá trình Nitrat hóa:
Nitrat hóa là giai đoạn đầu tiên trong quá trình xử lý tổng Nitơ trong nước thải. Quá trình Nitrat hóa sử dụng vi khuẩn Nitro hóa tự dưỡng là các vi sinh vật hiếu khí oxy hóa Ammonia thành Nitrit và thành Nitrat theo 2 sơ đồ sau:
NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O
NO2- + 0,5O2 → NO3-
Các vi sinh vật xúc tác cho quá trình Nitrit hóa thuộc các chi Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira và Nitrosovibrio, các vi sinh vật xúc tác cho quá trình Nitro hóa bao gồm các vi khuẩn thuộc chi Nitrobacter, Nitrococcus và Nitrospira. Xem thêm: Men vi sinh chứa 2 chủng Nitrosomonas và Nitrobacter giúp quá trình Nitrat hóa diễn ra tối ưu >>>
Quá trình oxy hóa Ammonia thành Nitrit hay oxy hóa Nitrit thành Nitrat là các quá trình tạo ra năng lượng dùng cho sự tăng trưởng tự dưỡng của các vi khuẩn Nitro hóa.
Do sự tăng trưởng chậm, các vi khuẩn Nitro hóa tự dưỡng không thể cạnh tranh với các vi khuẩn dị dưỡng về mặt khí oxy. Trong hệ thống bùn hoạt tính tải lượng cao, các vi khuẩn Nitro hóa tự dưỡng phát triển mạnh hơn hệ vi khuẩn bùn dị dưỡng tiêu thụ khí oxy.
Quá trình oxy hóa Ammonia chỉ bắt đầu khi hàm lượng BOD5 trong nước thải < 110mg/l (Wild và cộng sự, 1971). Trong quá trình Nitro hóa Ammonia, độ kiềm của nước thải tăng nhẹ do sự tiêu thụ CO2 cho quá trình tăng trưởng tự dưỡng (pH tăng), nhưng trong phản ứng ngược lại, độ kiềm giảm mạnh do sự hình thành axit Nitric từ Ammonia (pH giảm từ trên mức trung tính xuống mức axit).
Nếu khả năng đệm của nước thải yếu, pH giảm quá thấp so với giá trị 7 và do đó ngăn chặn quá trình Nitro hóa tiếp theo của vi khuẩn Nitro hóa tự dưỡng.
– Quá trình phản Nitrat hóa (khử Nitrat):
Phản Nitrat hóa hay còn gọi là Khử Nitrat hóa là quá trình loại bỏ Nitrat (NO3-) ra khỏi nước thải. Phản Nitrat hóa là một trong những quá trình chuyển hóa phổ biến, xảy ra ở hầu hết các hệ thống xử lý nước thải hiện nay, và là giai đoạn cuối cùng của quá trình xử lý tổng Nitơ.
Hình 1. Sơ đồ diễn ra quá trình phản Nitrat hóa – giai đoạn thứ hai trong quá trình xử lý tổng Nitơ trong nước thải.
Sau quá trình Nitrat hóa, Amonia được chuyển về dạng Nitrat – là NO3-, đây là một dạng tồn tại của Nitơ trong nước thải có hại cho môi trường. Khi sử dụng nguồn nước bị dư thừa quá nhiều Nitơ, con người sẽ dễ bị ngộ độc, bị bệnh máu khó đông, ung thư, tiểu đường…
Do đó, khi quá trình Nitrat hóa đã hoàn thành, quá trình phản Nitrat hóa sẽ được tiếp nối để đưa Nitrat (NO3-) về dạng khí Nitơ tự do (N2) trở lại bầu khí quyển, không gây hại cho con người.
Vi khuẩn tham gia vào quá trình khử Nitrat:
Nhiều loại vi khuẩn hiếu khí có khả năng chuyển từ cơ chế oxy hóa sang quá trình hô hấp Nitrat. Tương tự như quá trình hô hấp oxy, quá trình hô hấp Nitrat của các vi khuẩn dị dưỡng cần có một nguồn carbon phức hợp làm nguồn cung cấp điện tử cho quá trình phản Nitrat hóa theo sơ đồ:
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 8H+ + 8e-
Tốc độ chuyển hóa Ammonia bởi các vi khuẩn Nitrat hóa dị dưỡng như T. pantotropha (Kuenen và Robertson, 1994) thấp hơn nhiều so với vi khuẩn Nitrat hóa tự dưỡng. Tuy nhiên, nếu mất độ quần thể vi khuẩn Nitrat hóa dị dưỡng cao hơn, làm gia tăng tốc độ tăng trưởng, là một điều đáng quan tâm, tốc độ chuyển đổi đặc trưng sẽ nằm trong mức tương đương.
Bên cạnh khả năng Nitrat hóa, vi khuẩn Nitrat hóa dị dưỡng có thể khử Nitrit hay Nitrat thành Nitơ phân tử. Trong nhiều hệ thống xử lý nước thải, vi khuẩn Nitrat hóa tự dưỡng có thể tồn tại, tạo ra Nitrit từ Ammonia trong điều kiện hiếu khí vừa phải, sau đó, Ammonia sẽ bị chuyển đổi thành Nitrat và/hoặc bị khử thành Nitơ bởi các vi khuẩn Nitrat hóa dị dưỡng khi có sự hiện diện của nguồn cacbon thích hợp.
Trong thực tế, điểm bất lợi duy nhất của vi khuẩn Nitrat hóa dị dưỡng là tạo ra nhiều bùn thừa cần phải thải bỏ hơn.
Những vấn đề cần lưu ý khi áp dụng quá trình xử lý tổng Nitơ
Để quá trình xử lý tổng Nitơ diễn ra hiệu quả cần lưu ý các điều kiện sau:
| Điều kiện | Quá trình Nitrat hóa | Quá trình khử Nitrat |
| Nồng độ NH4+/NO2- | – NH4+ < 1mg/l, NO2- < 1mg/l. – Nồng độ NH4+ ~ 25 – 30 mg/l. |
1 mg/l NH4+ hoặc 3 mg/l NO3- |
| Nồng độ oxy | DO > 3 mg/l | DO < 1 mg/l |
| Nhiệt độ | 24 – 30 độ C | 24 – 30 độ C |
| pH | 6.8 – 8.5 (tối ưu nhất từ 6.8 – 7.2) | 7.0 – 7.5 |
| Tỷ số BOD5/TNK | – BOD5/TNK > 5 (khi Nitrat hóa diễn ra cùng lúc với oxy hóa cacbon). – BOD5/TNK < 3 Nitrat hóa riêng biệt). |
Bên cạnh đó, hiệu suất của quá trình xử lý tổng Nitơ còn phụ thuộc vào khả năng ức chế của các chất độc hại và sự hiện diện của chất hữu cơ (Vi khuẩn Nitrat phải có chất nhận điện tử để thực hiện quá trình khử Nitrat. Qua nghiên cứu, Methanol được xem là nguồn Cacbon thích hợp đối với quá trình khử Nitrat. Biogas chứa khoảng 60% Metan, cũng có thể là nguồn Cacbon cho quá trình khử Nitrat, vi khuẩn metan có thể oxy hóa Metan thành Methanol).
Việc kiểm soát các điều kiện để quá trình xử lý tổng Nitơ được diễn ra tối ưu cũng như việc bổ sung thêm chủng vi sinh để nâng cao hiệu suất xử lý tổng Nitơ là rất quan trọng. Để biết thêm chi tiết về quá trình xử lý tổng Nitơ, hãy liên hệ ngay cho Biogency qua HOTLINE 0909 538 514, chúng tôi sẽ giải đáp nhanh nhất!
>>> Xem thêm: Tỷ lệ tuần hoàn Nitrat hợp lý làm tăng hiệu suất khử Nitrat và tiết kiệm chi phí XLNT
