Chu trình Nitơ khá phổ biến trong tự nhiên. Nó biến đổi Nitơ qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Để hiểu rõ hơn về chu trình Nitơ cũng như ứng dụng của chu trình Nitơ trong xử lý nước thải, hãy cùng Biogency tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Tổng quan về Nitơ và chu trình Nitơ trong tự nhiên
– Nitơ là gì?
Nitơ là một trong những nguyên tố rất quan trọng trong việc hình thành sự sống trên Trái Đất. Nitơ trong tự nhiên tồn tại chủ yếu dưới hai dạng là: Nitơ vô cơ và Nitơ hữu cơ. Trong đó, Nitơ vô cơ điển hình nhất đó là khí Nitơ (N2) chiếm 78,1% thành phần của Khí quyển trên Trái Đất. Nitơ hữu cơ tồn tại dưới nhiều dạng hơn, kể đến có thể là Nitơ Amonia (NH4+), Nitrit (NO2-), Nitrate (NO3-)…
– Mô tả về chu trình Nitơ trong tự nhiên
Trong điều kiện bình thường, Nitơ trong khí quyển (khí N2) là một khí trơ về hoạt tính. Tuy nhiên, trong tự nhiên vẫn có các loài sinh vật độc đáo có khả năng biến đổi khí N2 thành các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ như các loại muối Nitơ, … Quá trình biến đổi trên còn được gọi là quá trình cố định đạm hay cố định Nitơ.
Hình 1. Chu trình Nitơ cơ bản trong tự nhiên.
Sau khi có sự chuyển đổi Nitơ từ trạng thái trơ về trạng thái dễ hấp thu hơn, Nitơ trong tự nhiên sẽ tiếp tục được chuyển hóa bởi các quá trình tiếp theo như quá trình đồng hóa Nitơ, Amoni hóa, Nitrat hóa, khử Nitrate để trở lại thành khí N2 bay vào không khí.
Áp dụng chu trình Nitơ vào trong xử lý nước thải sinh học như thế nào?
Tương tự như trong môi trường tự nhiên, trong nước thải thì Nitơ cũng tồn tại dưới những trạng thái khác nhau và có các quá trình chuyển đổi qua lại.
4 dạng tồn tại của Nitơ trong nước thải thường thấy là: Nitơ hữu cơ, Amoni (NH4+), Nitrit (NO2-) và Nitrat (NO3-).
Hình 2. Các dạng Nitơ tồn tại trong nước thải.
Trong đó, quá trình Amonia hóa là quá trình biến đổi từ Nitơ hữu cơ sang Nitơ Amonia (NH4+) vô cơ.
Tiếp theo đó là quá trình Nitrate hóa với sự có mặt của 2 chủng vi sinh vật là Nitrosomonas và Nitrobacter. Quá trình này diễn ra theo 2 sơ đồ:
NH4+ + O2 + VK Nitrosomonas + Độ kiềm → Nitrit (NO2-) (1)
Nitrit (NO2-) + O2 + VK Nitrobacter + Độ kiềm → Nitrate (NO3-) (2)
Ngoài sự có mặt của 2 chủng vi khuẩn là Nitrosomonas và Nitrobacter, để quá trình Nitrate hóa diễn ra đạt hiệu suất cao nhất, hệ thống phải cung cấp và tạo điều kiện thuận lợi về: Độ kiềm, Oxy hòa tan (DO), pH, thời gian lưu bùn,…
Quá trình Amonia hóa và Nitrate hóa là hai quá trình vô cùng quan trọng trong xử lý Nitơ. Tuy nhiên, để hoàn tất chu trình Nitơ trong nước thải và đưa Nitơ vào khí quyển cũng như là giảm được chỉ số Nitơ tổng của nước thải thì bắt buộc phải có quá trình khử Nitrate.
Trong thực tế, để khử Nitrate trong nước thải, có 2 phương án mà các kỹ sư vận hành lâu năm chia sẻ đó là:
- Quá trình tái tạo tế bào (sinh tế bào mới) của hệ vi sinh trong bùn hoạt tính. Tuy nhiên, hiệu suất của quá trình chỉ từ 30 – 40% và phải kiểm soát xả bùn hợp lý để không cho bùn già phân hủy lại. Trường hợp này phù hợp với các hệ thống xử lý lâu năm và không có khả năng xây dựng thêm bể Anoxic.
- Quá trình khử Nitrate xảy ra trong bể Anoxic, đây là quá trình mà hiệu suất xử lý Nitrate đạt cao nhất và được đa số các hệ thống xử lý nước thải hiện nay áp dụng.
Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí, các chủng vi sinh vật phổ biến như Pseudomonas citronellolis, Wolinella succinogenes,… sẽ lấy O2 trong Nitrate (NO¬3-) để tổng hợp tế bào, từ đó đẩy Nitơ trong Nitrate thành Nito tự do (N2) và bay vào không khí, kết thúc chu trình Nitơ trong nước thải. Quá trình khử Nitrat xảy ra theo sơ đồ:
Nitrate (NO3-) + VK Thiếu khí + Nguồn C → N2
Nhìn chung, con đường đi của Nitơ trong nước thải nhìn thì có vẻ đơn giản nhưng để các quá trình trong chuỗi đó hoạt động ổn định và có hiệu suất cao thì đòi hỏi các điều kiện vận hành phải thật chính xác và chuẩn mực. Bên cạnh đó, chúng ta cũng thấy được tầm quan trọng của các chủng vi sinh vật được nêu ở trên, có thể xem như là điều kiện cần cho quá trình chuyển hóa Nitơ trong hệ thống xử lý nước thải.
Bổ sung đúng các chủng vi sinh, vi sinh hoạt động tốt (ở trạng thái sẵn sàng được kích hoạt) sẽ là một trong những phương pháp tăng hiệu suất của quá trình xử lý Nitơ.
BIOGENCY tự hào mang đến dòng sản phẩm Men vi sinh Microbe – Lift từ Viện nghiên cứu Sinh Thái Hoa Kỳ (Ecological Laboratories, Inc). Dòng sản phẩn Microbe – Lift cung cấp đầy đủ các chủng vi sinh cần thiết cho quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước thải. Để được tư vấn chi tiết hơn về chu trình Nitơ trong xử lý nước thải và dòng men vi sinh có chứa 2 chủng vi khuẩn xử lý Nitơ – Nitrosomonas và Nitrobacter, hãy liên hệ ngay cho Biogency theo HOTLINE 0909 538 514, chúng tôi sẽ hỗ trợ nhanh nhất!
>>> Xem thêm: Làm gì khi nồng độ oxy hòa tan thấp hoặc các chỉ số Nitơ, Phốt pho vượt quy chuẩn xả thải?
