Quá trình Nitrat hóa đóng vai trò quan trọng trong chu trình chuyển hóa nitơ trong nước thải, giúp giảm chỉ tiêu N-Amonia và tổng Nitơ về đạt tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, không phải hệ thống nào cũng đạt được hiệu suất tối ưu cho quá trình này. Cùng BIOGENCY tìm hiểu công nghệ Microbe-Lift từ Mỹ, quá trình nitrat hóa được tối ưu, giúp nước thải đạt chuẩn xả thải chỉ sau 2-4 tuần.
Quá trình Nitrat hóa diễn ra như thế nào?
Quá trình Nitrat hóa là quá trình oxy hóa Amoniac thành Nitrate với sản phẩm trung gian là Nitrite. Đây là bước quan trọng đầu tiên để khởi động chu trình chuyển hóa Nitơ nhằm loại bỏ Nitơ trong nước thải.
Trong các hệ thống xử lý nước thải, nitơ thường xuất hiện dưới hai dạng chính: nitơ vô cơ (ammonia, nitrat, nitrit) và nitơ hữu cơ (protein, axit amin). Trong đó, nitơ vô cơ chiếm tỷ lệ lớn, chủ yếu tồn tại dưới dạng ammonia. Các hợp chất hữu cơ chứa nitơ như urê hay chất thải sẽ trải qua quá trình thủy phân và được chuyển đổi thành Ammonia theo phản ứng sau:
NH₂COHN₂ + H₂O + 7H⁺ → 3NH₄⁺ + CO₂
Trong xử lý nước thải, nitơ hữu cơ cần được chuyển hóa thành ammonia trước khi tham gia quá trình nitrat hóa. Nếu không trải qua bước này, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ sẽ đi qua hệ thống mà hầu như không biến đổi. Sự chuyển hóa diễn ra qua hai giai đoạn chính, có sự tham gia của hai nhóm vi khuẩn chuyên biệt.
– Giai đoạn 1: Chuyển hóa Amonia thành Nitrit
Vi khuẩn Nitrosomonas thực hiện việc oxy hóa Amoniac thành Nitrit. Đây là một chi vi khuẩn Chemoautotrophic hình que Gram âm, có khả năng oxy hóa Amoniac thành Nitrit như một quá trình trao đổi chất. Vi khuẩn Nitrosomonas hoạt động tối ưu ở độ pH từ 6,0-9,0 và phạm vi nhiệt độ từ 20-30°C. Phương trình phản ứng giai đoạn 1:
NH₄⁻ + 1,5 O₂ ⟹ NO₂⁻ + 2H⁺ + H₂O
Vi khuẩn Nitrosomonas sử dụng năng lượng thu được thông qua quá trình oxy hóa Amoniac để cố định Carbon Dioxide dạng khí thành các phân tử hữu cơ. Đặc điểm quan trọng là Nitrosomonas phải tiêu thụ một lượng lớn Amoniac trước khi quá trình phân chia tế bào có thể xảy ra, và quá trình này có thể mất đến vài ngày.
– Giai đoạn 2: Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat
Vi khuẩn Nitrobacter đóng vai trò chuyển hóa Nitrit (NO₂⁻) thành Nitrate (NO₃⁻), hoàn thành quá trình nitrat hóa. Nitrobacter là một chi bao gồm các vi khuẩn hình que, gram âm và hóa dưỡng. Chúng sinh sản bằng hình thức tự nhân đôi và là các sinh vật hiếu khí bắt buộc với kích thước 0,5-0,9 x 1,0-2,0μm. Phương trình phản ứng giai đoạn 2:
2NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂ → H₂O
Vi khuẩn Nitrobacter sử dụng năng lượng từ quá trình oxy hóa các ion Nitrit thành ion Nitrat để đáp ứng nhu cầu năng lượng của chúng. Hai vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter luôn xuất hiện cùng nhau trong quá trình Nitrat hóa, tạo thành bộ đôi hoàn hảo cho việc chuyển hóa Nitơ.
Các loại nước thải thường chứa hàm lượng Nitơ cao cần Nitrat hóa bao gồm: nước thải sinh hoạt, nước thải thủy sản, nước thải cao su, nước thải chế biến thực phẩm, và nhiều loại nước thải công nghiệp khác.
Hướng dẫn cách tối ưu quá trình Nitrat hóa trong xử lý nước thải
Để đạt được hiệu suất cao trong quá trình, cần có sự kết hợp giữa việc kiểm soát các điều kiện môi trường và bổ sung các chủng vi khuẩn chuyên biệt. Đây là hai yếu tố quan trọng mà các kỹ sư vận hành hệ thống xử lý nước thải cần quan tâm.
– Kiểm soát các yếu tố để tối ưu quá trình Nitrat hóa:
Để quá trình Nitrat hóa đạt hiệu quả cao, cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi khuẩn.
- Độ kiềm Cacbonat: Duy trì độ kiềm Carbonate tối thiểu 150 mgCaCO₃/l là điều kiện cần thiết. Có thể sử dụng các hóa chất tăng độ kiềm Carbonate như Na₂CO₃, NaHCO₃, CaCO₃. Độ kiềm đủ sẽ cung cấp năng lượng cho các chủng vi sinh vật tự dưỡng thực hiện quá trình chuyển hóa Amonia.
- Độ pH: Duy trì pH tại bể hiếu khí từ 7.0 đến 8.5, với mức tối ưu từ 7.5 đến 8.0. Có thể sử dụng hóa chất tăng pH như Na₂CO₃, CaCO₃ khi cần thiết. Quá trình Nitrat hóa sẽ bị ức chế nghiêm trọng nếu độ pH giảm xuống 6.0 hoặc thấp hơn.
- Nồng độ oxy hòa tan (DO): Duy trì lượng DO (Oxy hòa tan) đạt tối thiểu 3.0 mg/l. Nếu DO không đảm bảo, cần tăng công suất máy thổi khí. Quá trình nitrat hóa sẽ chấm dứt hoàn toàn ở mức DO dưới 0.5 mg/l do vi khuẩn nitrat hóa là các sinh vật hiếu khí bắt buộc.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ tối ưu cho quá trình này là từ 20-30°C. Ở nhiệt độ thấp hơn, hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa sẽ chậm lại, làm giảm hiệu suất của quá trình.
- Thời gian lưu nước: Đảm bảo thời gian lưu nước đủ dài trong bể hiếu khí để vi khuẩn nitrat hóa có thể hoạt động hiệu quả. Thông thường cần ít nhất 6-8 giờ tùy thuộc vào tải lượng ô nhiễm.
– Bổ sung các chủng vi khuẩn có khả năng tối ưu quá trình Nitrat hóa:
Bên cạnh việc duy trì điều kiện môi trường thuận lợi, chủng vi sinh vật “đặc trị” tham gia vào phản ứng cũng là yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình Nitrat hóa. Công nghệ Microbe-Lift từ Mỹ cung cấp các chủng vi sinh vật chuyên biệt với nhiều ưu điểm vượt trội.
- Microbe-Lift N1: Cung cấp 2 chủng vi sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp. giúp tối ưu quá trình Nitrat hóa.
- Microbe-Lift IND: Bổ sung các chủng vi sinh vật dị dưỡng như Bacillus licheniformis, Pseudomonas citronellolis, Wolinella succinogenes... hỗ trợ hiệu quả giai đoạn khử nitrat.
Men vi sinh chứa chủng vi khuẩn chuyên biệt cho quá trình nitrat hoá
Microbe-Lift N1 là sản phẩm men vi sinh chuyên biệt được phát triển bởi Viện Nghiên Cứu Sinh Thái Hoa Kỳ – Ecological Laboratories, chứa hai chủng vi khuẩn quan trọng nhất cho quá trình Nitrat hóa là Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp..
Đặc điểm nổi bật của Microbe-Lift N1:
- Sản phẩm chuyên biệt: Microbe-Lift N1 chứa hai chủng vi khuẩn quan trọng cho quá trình Nitrat hóa là Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp., được chiết xuất và phân lập độc quyền đảm bảo hoạt động ổn định.
- Đóng gói tiện lợi: Dạng chai nhựa gallon (1 gallon = 3,785 lít) thuận tiện cho vận chuyển và bảo quản.
- Khả năng xử lý đa dạng loại hình nước thải: Sản phẩm có thể áp dụng cho nhiều loại hình nước thải bị vượt chỉ tiêu về Nitơ, Amonia như: nước thải cao su, nước thải chế biến thủy sản, nước thải sản xuất bia, nước thải chế biến thực phẩm, nước thải sinh hoạt từ chung cư cao ốc văn phòng, nước thải y tế.
- Hiệu quả xử lý vượt trội: Microbe-Lift N1 có khả năng xử lý Amonia lên đến 99% chỉ trong 2-4 tuần. Kết quả này đã được chứng thực tại nhiều hệ thống xử lý nước thải thực tế.
- Khả năng kết hợp tối ưu: Khi kết hợp với Microbe-Lift IND (chứa chủng vi khuẩn khử nitrat), sẽ tạo thành chu trình xử lý Nitơ hoàn chỉnh, đưa các chỉ tiêu Nitơ tổng, Amonia, Nitrit, Nitrat về trạng thái đạt chuẩn xả thải.
Ví dụ điển hình tại hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tòa nhà 60m³/ngày đêm: sau 4 tuần áp dụng, hàm lượng Amoni (tính theo N) đã xuống mức thấp nhất mà máy không thể đo được.
Tại Nhà máy Yokohama với công suất 40m³/ngày đêm: sau gần 1 tháng sử dụng, chỉ tiêu Amonia từ 24.4 mg/l giảm xuống còn 2.5 mg/l, tổng Nitơ từ 28 mg/l giảm xuống còn 12 mg/l, đạt tiêu chuẩn xả thải của KCN VSIP.
Quá trình Nitrat hóa đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt đối với những nguồn thải có hàm lượng Nitơ và Amonia cao. Việc hiểu rõ cơ chế và áp dụng các biện pháp tối ưu hóa sẽ giúp đạt được hiệu suất xử lý mong muốn. Nếu bạn muốn hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn nhanh chóng và bền vững, liên hệ BIOGENCY qua HOTLINE 0909 538 514 để được tư vấn chi tiết!
>>>Xem thêm: Tuổi bùn (MCRT) là gì? Vì sao cần tính tuổi bùn trong HTXLNT?
