Quá trình nitrat hóa và khử nitơ là hai bước quan trọng trong xử lý nitơ trong nước thải, đặc biệt là trong các hệ thống xử lý sinh học. Hai quá trình này giúp loại bỏ hợp chất nitơ (NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻) ra khỏi nước thải, tránh gây ô nhiễm môi trường nước và hiện tượng phú dưỡng. Trong nội dung bài viết dưới đây, mời các bạn cùng tìm hiểu thông tin chi tiết về quá trình này.
1. Quá trình nitrat hóa là gì?
Nitrat hóa là quá trình chuyển hóa amoniac trong nước thải thành nitrat bằng cách sử dụng vi khuẩn tự dưỡng hiếu khí trong quá trình xử lý. Nitrat hóa vốn dĩ là quá trình gồm 2 bước loại bỏ amoniac khỏi nước thải bằng cách sử dụng 2 loại vi khuẩn tự dưỡng: oxy hóa amoniac thành nitrit (nitrosomonas) và oxy hóa nitrit thành nitrat (nitrobacter).
Cả 2 loại vi khuẩn này yêu cầu nồng độ sinh khối thích hợp như hỗn hợp MLSS, điều kiện môi trường (nhiệt độ, pH, độ kiềm), nguồn không khí và thời gian lưu trú của vi khuẩn dài hơn so với nhu cầu xử lý oxy hóa sinh học (BOD)
Tại sao cần quá trình nitrat hóa?
Lý do là vì trong nước thải (đặc biệt nước thải sinh hoạt, nước thải y tế, công nghiệp thực phẩm…), amoni (NH₄⁺) thường là sản phẩm phân hủy của protein, nước tiểu, hoặc hợp chất chứa nitơ. Amoni nếu không xử lý sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, gây phú dưỡng và ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh. Vì vậy, quá trình nitrat hóa sẽ chuyển NH₄⁺ thành NO₃⁻ – bước đệm để tiếp tục khử nitơ hoàn toàn
Giai đoạn 1: Oxy hóa amoni thành nitrit (NO₂⁻)
Vi khuẩn thực hiện: Nitrosomonas
Phản ứng: NH4+ + 1,5O2 → NO2– + 2H+ + H2O
Giai đoạn 2: Oxy hóa nitrit thành nitrat (NO₃⁻)
Mục đích của quá trình nitrat hóa: Chuyển amoni (NH₄⁺) thành nitrat (NO₃⁻) – dạng dễ bị khử trong bước kế tiếp.
Phản ứng: NO2−+0.5 O2→NO3−
Hoàn tất chu trình nitrat hóa bằng việc tạo ra NO₃⁻ – một dạng nitơ ít độc, có thể tiếp tục được xử lý bằng quá trình khử nitrat.
Điều kiện cần thiết để quá trình nitrat hóa xảy ra:
- Môi trường: Hiếu khí (nồng độ oxy hòa tan DO > 2 mg/L)
- pH: 7.0 – 8.5
- Nhiệt độ: 20 – 35°C (tối ưu ~30°C)
- Tỷ lệ F/M: Thấp (do vi sinh vật nitrat hóa phát triển chậm)
- Điều kiện khác: Tránh kim loại nặng, hợp chất độc với vi sinh.
Ứng dụng của quá trình nitrat hóa và khử nitơ trong xử lý nước thải
Hiện nay, nhiều hệ thống xử lý nước thải đều có tích hợp các quá trình này để tăng hiệu quả xử lý như:
- AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic)
- MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)
- SBR (Sequencing Batch Reactor)
- Hệ thống bùn hoạt tính truyền thống
Nồng độ nitơ quá lớn sẽ gây ra những tác hại nào?
Cacbon và nito là nguồn ô nhiễm gây ra hàng loạt vấn đề về chất lượng môi trường. Tất cả nguồn ô nhiễm từ đô thị, thành phố, khu công nghiệp, nông nghiệp phải được quản lý và kiểm soát để cải thiện chất lượng môi trường. Hàm lượng nito trong nước thải nếu không được xử lý đúng cách sẽ là mối đe dọa đối với môi trường và con người, chẳng hạn như:
- Mất cân bằng hệ sinh thái tự nhiên và gây ra hiện tượng phú dưỡng.
- Làm cạn kiệt nguồn oxy hòa tan trong nước làm cá chết và tạo ra các điều kiện môi trường tự hoại.
- Gây ra các vấn đề mùi.
- Các chất gây ô nhiễm làm phức tạp việc xử lý nước, chẳng hạn khi amoniac được sử dụng như nguồn cấp nước nên yêu cầu phải tăng liều lượng clo trong quá trình khử trùng.
- Làm tăng rủi ro đối với sức khỏe con người.
Quá trình nitrat hóa được ứng dụng để xử lý các loại nước thải nào?
Trên đây là một số thông tin về quá trình nitrat hóa và khử nito trong xử lý nước thải. Quá trình nitrat hóa là một mắt xích không thể thiếu trong chuỗi xử lý nitơ, giúp bảo vệ nguồn nước, đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt chuẩn. Việc thiết kế và vận hành hiệu quả quá trình này sẽ là tiền đề quan trọng để loại bỏ nitơ toàn phần khỏi hệ thống, góp phần bảo vệ môi trường bền vững. Tùy vào tính chất, mức độ ô nhiễm của mỗi loại nước thải mà quy trình công nghệ xử lý nước thải ở mỗi nơi có thể được được thiết kế khác nhau để xử lý hiệu quả nguồn thải.
Nếu bạn đang có nhu cầu tư vấn, thiết kế, thi công hệ thống xử lý nước thải, xin vui lòng liên hệ Hotline: 0938.857.768 để được tư vấn thông tin cụ thể hơn.
