Quá trình khoáng hoá đóng vai trò thiết yếu trong chu trình sinh địa hóa học, giúp duy trì dinh dưỡng cho đất, nước và hệ sinh thái tự nhiên. Đây là quá trình sinh học, hóa học và sinh hóa trong đó các hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tố thiết yếu được phân giải và chuyển đổi thành các dạng vô cơ đơn giản mà sinh vật có thể hấp thu. Trong lĩnh vực xử lý nước thải, hiểu rõ cơ chế này giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý và đảm bảo an toàn cho môi trường.
Quá trình khoáng hóa là gì?
Trong môi trường nước, quá trình khoáng hoá được hiểu là sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các khoáng chất đơn giản như CO2, H2O, NO3–, NH4+, Ca2+, Mg2+ và K+. Đây là chuỗi phản ứng sinh học phức tạp, diễn ra qua nhiều giai đoạn liên tiếp. Ở giai đoạn đầu, các phân tử hữu cơ lớn được phân giải thành những hợp chất trung gian đơn giản hơn.
Các sản phẩm cuối cùng của quá trình khoáng hoá thường tồn tại dưới dạng ion như Amoni (NH4+), Nitrat (NO3–), Phosphat (PO43-), sulfat (SO42-) và Carbon Dioxide (CO2). Những hợp chất vô cơ này đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho thực vật và các sinh vật tự dưỡng. Ví dụ, Protein bị phân giải thành chuỗi Peptit, sau đó thành Axit Amin. Các hợp chất Hydrocacbon bị phân giải thành đường đơn và tiếp tục phân huỷ để tạo thành các khoáng chất đơn giản.
Trong hệ sinh thái đất, quá trình khoáng hoá diễn ra qua hai giai đoạn chính. Giai đoạn đầu là phân huỷ sơ cấp, khi vi khuẩn và nấm tiết ra Enzyme ngoại bào để cắt nhỏ các hợp chất hữu cơ phức tạp như Protein, Polysaccharide và Lipid thành các phân tử đơn giản hơn. Giai đoạn tiếp theo là khoáng hoá sinh học. Trong đó, các hợp chất đơn giản được hấp thụ vào tế bào vi sinh vật và tiếp tục bị phân giải để tạo năng lượng và giải phóng các nguyên tố ở dạng vô cơ.
Tốc độ khoáng hoá phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm bản chất của chất hữu cơ, điều kiện môi trường và hoạt động sinh học của vi sinh vật. Các hợp chất hữu cơ chứa đường và tinh bột thường dễ bị phân giải hơn, trong khi Protein, Hemixenluloza và Xenluloza có tốc độ khoáng hoá trung bình. Ngược lại, những hợp chất như Lignin, nhựa và sáp có cấu trúc bền vững, khiến quá trình khoáng hoá diễn ra rất chậm.
Nhiều yếu tố sinh học và môi trường cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khoáng hoá. Tỷ lệ Cacbon:Nitơ (C:N) là một trong những yếu tố quan trọng. Khi tỷ lệ này vượt quá 30:1, vi sinh vật có xu hướng giữ lại nitơ để tổng hợp sinh khối, thay vì giải phóng ra môi trường.
Đặc biệt, nhiệt độ lý tưởng để khoáng hoá diễn ra mạnh mẽ là từ 25 đến 35°C.
Ngoài ra, độ ẩm ở mức 60–80% độ ẩm bão hòa được coi là tối ưu cho vi sinh vật phát triển. Thêm vào đó, pH trung tính (khoảng 6–7) cũng tạo điều kiện thuận lợi cho các vi khuẩn khoáng hoá hoạt động hiệu quả.
Khoáng hoá như thế nào để an toàn cho môi trường?
Việc kiểm soát các yếu tố tác động sẽ không chỉ nâng cao hiệu suất xử lý mà còn giúp ngăn ngừa các rủi ro môi trường. Cụ thể như sau:
Khử trùng nước thải trước khi xả ra môi trường
Trước khi thải ra môi trường tự nhiên, nước cần được tiến hành khử trùng nhằm loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh. Các phương pháp khử trùng nước thải thân thiện với môi trường như sử dụng tia cực tím (UV), Ozone hoặc clo ở liều lượng hợp lý nên được ưu tiên.
Việc khử trùng hiệu quả giúp ngăn ngừa nguy cơ lây lan vi khuẩn, virus và ký sinh trùng có hại vào nguồn nước. Đồng thời, bước này cũng hỗ trợ quá trình khoáng hóa tự nhiên diễn ra thuận lợi hơn trong môi trường nước tiếp nhận.
Loại bỏ triệt để chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng
Trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp thường chứa nhiều chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Nếu các chất này không được xử lý triệt để, khi xả vào môi trường nước, chúng sẽ tiếp tục phân hủy theo cơ chế kỵ khí, gây phát sinh mùi hôi và làm giảm chất lượng nước.
Đồng thời, quá trình phân hủy này sẽ tiêu hao oxy hòa tan, làm cản trở hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, vốn đóng vai trò chính trong khoáng hóa tự nhiên. Do đó, việc xử lý đầy đủ các chất ô nhiễm trước khi xả thải là bước then chốt để duy trì hiệu quả khoáng hóa.
Duy trì nhiệt độ nước thải ở mức tối ưu
Nhiệt độ là yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hòa tan oxy và tốc độ của các phản ứng sinh hóa trong nước. Để quá trình khoáng hóa diễn ra thuận lợi, nhiệt độ nước thải nên được duy trì ở mức tối ưu từ 25 đến 35°C.
Nếu nhiệt độ quá thấp, tốc độ hoạt động của vi sinh vật sẽ giảm, làm chậm quá trình phân hủy. Ngược lại, nếu nhiệt độ quá cao, hệ vi sinh vật có thể bị tổn thương, gây mất cân bằng sinh học trong hệ thống xử lý. Do đó, các kỹ sư môi trường và kỹ thuật viên cần thường xuyên theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ nước trong suốt quá trình xử lý.
Một số sản phẩm men vi sinh hiệu quả cho quá trình xử lý nước thải
Để tối ưu hóa quá trình khoáng hóa trong xử lý nước thải, các sản phẩm men vi sinh chuyên biệt đã được phát triển với từng mục đích cụ thể. Những sản phẩm này chứa các chủng vi sinh vật được chọn lọc để tăng cường hiệu quả phân hủy chất hữu cơ và chuyển đổi thành các khoáng chất an toàn.
Microbe-Lift IND
Microbe-Lift IND là sản phẩm chứa tổ hợp vi sinh vật quang hợp, tự dưỡng và dị dưỡng với khả năng thích nghi tốt với nhiều môi trường nước thải. Chức năng chính của sản phẩm là khởi động và duy trì hoạt động bể hiếu khí, xử lý hiệu quả các chỉ tiêu COD, BOD và TSS trong nước thải. Microbe-Lift IND hỗ trợ quá trình khoáng hoá bằng cách cung cấp các vi sinh vật chuyên biệt có khả năng phân hủy nhanh chóng các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các sản phẩm đơn giản hơn.
Microbe-Lift N1
Microbe-Lift N1 được thiết kế đặc biệt để xử lý Nitơ và Amoniac trong nước thải thông qua quá trình khoáng hoá nitơ. Sản phẩm chứa hai chủng vi sinh vật chính là Nitrosomonas và Nitrobacter, có khả năng thúc đẩy quá trình Nitrat hóa – chuyển hóa Amoniac thành Nitrit và tiếp tục thành Nitrat. Đây là ví dụ điển hình của quá trình khoáng hóa nitơ, trong đó nitơ hữu cơ được chuyển đổi thành các dạng vô cơ mà thực vật có thể hấp thu.
Microbe-Lift SA
Microbe-Lift SA là men vi sinh chuyên dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt và giảm bùn thải. Sản phẩm chứa các chủng vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí, có khả năng thực hiện quá trình khoáng hoá đồng thời cả chất hữu cơ và vô cơ. Microbe-Lift SA đặc biệt hiệu quả trong xử lý nước thải có thành phần phức tạp từ khu dân cư và khu đô thị, giúp phân hủy Protein, Carbohydrate và các hợp chất hữu cơ khác thành các khoáng chất đơn giản.
Microbe-Lift BIOGAS
Microbe-Lift BIOGAS tập trung vào quá trình khoáng hoá kỵ khí, chứa các vi sinh vật chuyên phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy như Clostridium Butyricum, Clostridium Sartagoforme, Desulfovibrio Vulgaris, Methanosarcina Barkeri và Pseudomonas Citronellolis. Trong điều kiện thiếu khí, sản phẩm cuối cùng của quá trình khoáng hóa sẽ chứa một lượng nhỏ oxy và một lượng lớn các chất như CH4, H2S, PH3, NH3. BIOGAS không chỉ giảm BOD, COD mà còn có khả năng tăng khí Biogas, tạo ra nguồn năng lượng tái sử dụng.
Quá trình khoáng hoá đóng vai trò then chốt trong các hoạt động sinh học của tự nhiên. Thông qua việc chuyển hoá các hợp chất hữu cơ thành dưỡng chất vô cơ, quá trình này sẽ góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái. BIOGENCY hy vọng rằng những thông tin vừa chia sẻ sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về ý nghĩa và vai trò quan trọng của khoáng hoá trong đời sống và môi trường.
>>> Xem thêm: Thế nào là xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học?
