1. Nguyên lý xử lý nitơ
Việc xử lý và kiểm soát các chất dinh dưỡng như nitơ trước khi xả thải là rất quan trọng và cần thiết do nitơ có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nguồn tiếp nhận.
Trong nước thải nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và có khả năng biến đổi giữa các dạng với nhau như sơ đồ sau:
Quy trình chuyển hoá nitơ trong xử lý sinh học
Sự biến đổi cho phép nitơ amoni chuyển sang dạng sản phẩm có thể xử lý dễ dàng. Hai cơ chế chủ yếu để xử lý nitơ là đồng hoá và quá trình nitrate hoá/khử nitrate.
Nitơ trong nước thải đóng vai trò như một nguồn dinh dưỡng, do đó các vi khuẩn sẽ đồng hoá nguồn dinh dưỡng này và gắn kết chúng vào thành tế bào vi khuẩn. Một phần nitơ amoni sẽ được thải hồi trở lại nước thải khi vi khuẩn chết và tế bào bị phân huỷ.
Trong quá trình nitrate hoá/khử nitrate, việc xử lý nitơ bao gồm hai giai đoạn chuyển hoá chính. Trong gia đoạn đầu tiên, nitơ amoni sẽ được chuyển hoá trong điều kiện hiếu khí thành nitrate (NO3–). Tuy vậy, giai đoạn đầu này chỉ mang ý nghĩa đơn thuần là chuyển hoá trạng thái mà không xử lý được nitơ do lượng nitơ được chuyển hoá vẫn tồn tại trong nước thải. Giai đoạn sau, lượng nitơ nitrate sau khi được oxy hoá sẽ được khử tạo thành dạng khí, được tách khỏi nước thải và hoàn thành quá trình xử lý.
2. Quá trình nitrate hoá
Quá trình nitrate hoá là giai đoạn đầu tiên quá trình nitrate hoá/khử nitrate. Bản chất và ứng dụng của quá trình sẽ được mô tả cụ thể như sau:
Hai chuẩn vi khuẩn phổ biến đặc trưng cho quá trình khử nitrate hoá là Nitrosomonas và Nitrobacter. Nhóm Nitrosomonas sẽ chuyển hoá nitơ amoni thành sản phẩm trung gian là nitơ nitrite và sau đó nhóm Nitrobacter sẽ tiếp tục chuyển hoá nitơ nitrite thành nitơ nitrate. Việc chuyển hoá nitơ amoni thành nitơ nitrite bao gồm chuỗi các phản ứng rất phức tạp như sau:
- Đối với chủng vi khuẩn Nitrosomonas:
55NH4+ + 76O2 + 109HCO3– = C5H7NO2 + 54NO2– +57H2O + 104H2CO3
- Đối với chủng vi khuẩn Nitrobacter:
400NO2– +NH4+ + 4H2CO3 + HCO3– + 195O2 = C5H7NO2 + 3H2O + 400NO3–
Các vi khuẩn nitrate hoá thường rất nhạy cảm với sự biến đổi của môi trường. Hỗn hợp các chất hữu cơ, vô cơ cũng như pH cũng gây ức chế hoạt động của vi khuẩn này. Khoảng pH tối ưu cho hoạt động của chủng khuẩn nitrate hoá thường dao động khoảng 7.5 – 8.6 nhưng đôi khi cũng có trường hợp thấp hơn.
Nhiệt độ cũng tác động đến sự sinh trưởng của vi khuẩn nitrate hoá. Nồng độ DO lý tưởng cho quá trình nitrate hoá là >1mg/L. Nếu nồng độ DO thấp hơn khoảng này thì quá trình nitrate hoá sẽ chậm lại hoặc không xảy ra.
Quá trình nitrate hoá có thể được phân loại thành hai quá trình: sinh trưởng lơ lửng và bám dính.
3. Quá trình khử nitrate
Khử nitrate là giai đoạn thứ hai trong quá trình xử lý nitơ bằng nitrate hoá/khử nitrate. Bản chất và ứng dụng của quá trình sẽ được mô tả cụ thể như sau:
Việc xử lý nitơ bằng các chuyển hoá nitrate thành khí nitơ có thể được thực hiện dưới điều kiện thiếu khí hay còn gọi là quá trình khử nitrate.
Quá trình chuyển đổi trên có thể được thực hiện dưới sự hoạt động của nhiều chủng vi khuẩn như Achromobacter, Aerobacter, Alcaligeneus, Baccilus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Spirillium. Các vi khuẩn dị dưỡng trên có khả năng dị hoá các gốc nitơ nitrate theo hai giai đoạn. Giai đoạn đầu là khử nitrate thành nitrite, sau đó tạo thành NO, N2O và khí N2.
Các giai đoạn được minh hoạ như sau:
NO3- —> NO2- —> NO —> N2O —> N2
Ba sản phẩm cuối cùng trong chuỗi phản ứng trên là khí sẽ được giải phóng vào không khí. Trong quá trình khử nitrate, DO là chỉ tiêu rất quan trọng. Ngoài ra, chuỗi phản ứng sẽ tạo ra rất nhiều kiềm thể hiện qua việc tăng pH. Chỉ số pH tối ưu nằm trong khoảng 7-8 tuỳ theo chủng vi khuẩn. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ xử lý nitrate và tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật.
Cũng như quá trình nitrate hoá, quá trình khử nitrate cũng được phân chia thành hai quá trình cơ bản là sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính.
Liên hệ Công Ty TNHH Công Nghệ Môi Trường Dovitech để được hỗ trợ.