Nitơ là một nguyên tố thiết yếu nhưng dư thừa trong nước thải lại gây hại. Quá trình khử nitrat đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ nitơ độc hại, biến chúng thành dạng khí nitơ vô hại. Vậy, Quá Trình Khử Nitrat Diễn Ra Theo Sơ đồ nào? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về quá trình quan trọng này.
Tại Sao Phải Khử Nitrat Trong Nước Thải?
Nitơ tồn tại khắp nơi, từ khí quyển đến sinh vật sống. Tuy nhiên, nồng độ nitơ cao trong nước có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe con người, đặc biệt là đối với trẻ sơ sinh và phụ nữ mang thai. Nó liên quan đến các bệnh như methemoglobinemia (bệnh xanh xao), ung thư và tiểu đường.
Do những nguy cơ tiềm ẩn này, khử nitrat trở thành một bước quan trọng trong xử lý nước thải. Quá trình này sử dụng vi sinh vật để chuyển đổi nitrat (NO3-) thành khí nitơ (N2), một chất khí vô hại và chiếm phần lớn trong khí quyển.
Quá Trình Khử Nitrat Diễn Ra Theo Sơ Đồ Nào?
Quá trình khử nitrat dựa vào hoạt động của vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện thiếu oxy. Khi oxy hòa tan (DO) thấp, các vi sinh vật này chuyển sang sử dụng nitrat (NO3-) làm chất nhận điện tử thay vì oxy. Quá trình này diễn ra qua các bước sau:
- Nitrat (NO3-) chuyển thành Nitrit (NO2-): Vi sinh vật sử dụng enzyme nitrat reductase để xúc tác phản ứng này.
- Nitrit (NO2-) chuyển thành Oxit Nitric (NO): Enzyme nitrit reductase đảm nhận vai trò xúc tác.
- Oxit Nitric (NO) chuyển thành Oxit Nitơ (N2O): Enzyme nitric oxide reductase tham gia vào giai đoạn này.
- Oxit Nitơ (N2O) chuyển thành Khí Nitơ (N2): Enzyme nitrous oxide reductase hoàn thành quá trình, giải phóng khí nitơ vào môi trường.
Đây là sơ đồ tóm tắt quá trình khử nitrat:
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
Quá trình này thường diễn ra trong bể thiếu khí (Anoxic) của hệ thống xử lý nước thải. Tại đây, vi sinh vật sử dụng nitrat để oxy hóa các chất hữu cơ, đồng thời loại bỏ nitơ khỏi nước thải. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào việc duy trì nồng độ oxy hòa tan thấp để khuyến khích vi sinh vật sử dụng nitrat.
Công thức tổng quát của quá trình khử nitrat (theo Metcalf và Eddy, 1979) khi sử dụng methanol làm nguồn carbon như sau:
6 NO3- + 5 CH3OH → 5 CO2 + 3 N2 + 7 H2O + 6 OH-
Phân Biệt Quá Trình Nitrat Hóa và Khử Nitrat
Nitrat hóa và khử nitrat là hai quá trình quan trọng và thường đi đôi với nhau trong xử lý nitơ. Tuy nhiên, chúng khác nhau về cơ chế và điều kiện hoạt động:
| Đặc điểm | Nitrat Hóa | Khử Nitrat |
|---|---|---|
| Định nghĩa | Chuyển đổi Amoniac (NH3) thành Nitrit (NO2-) và sau đó thành Nitrat (NO3-). | Chuyển đổi Nitrat (NO3-) thành Khí Nitơ (N2). |
| Vi sinh vật | Vi sinh vật tự dưỡng (ví dụ: Nitrosomonas và Nitrobacter). | Vi sinh vật dị dưỡng (ví dụ: Bacillus, Pseudomonas). |
| Enzyme | Amoniac Monooxygenase và Hydroxylamine Oxidoreductase. | Nitrat Reductase, Nitrit Reductase, Nitric Oxide Reductase, Nitrous Oxide Reductase. |
| Nguồn Carbon | Carbon vô cơ (CO2, HCO3-). | Carbon hữu cơ (mật rỉ đường, methanol). |
| Nguồn Oxy | Oxy hòa tan (O2). | Oxy từ Nitrat (NO3-). |
| Năng lượng | Tạo ra ít năng lượng. | Tạo ra năng lượng (ATP). |
| Sản phẩm cuối | Nitrat (NO3-). | Khí Nitơ (N2) và nước (H2O). |
| Sản phẩm vi sinh | Microbe-Lift N1 (chứa Nitrosomonas sp. và Nitrobacter sp.). | Microbe-Lift IND (chứa Bacillus licheniformis, Pseudomonas citronellolis, Wolinella succinogenes, …). |
Kết Luận
Quá trình khử nitrat là một bước quan trọng trong việc loại bỏ nitơ khỏi nước thải, giúp bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Hiểu rõ sơ đồ quá trình khử nitrat và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của nó là rất quan trọng để vận hành hệ thống xử lý nước thải một cách tối ưu. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến và sử dụng các sản phẩm vi sinh chất lượng cao có thể giúp tăng cường hiệu quả khử nitrat, đảm bảo nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn quy định.
