Chương CÁC QUÁ TRÌNH KHỬ NITROGEN BẰNG VI SINH VẬT W—X 6.1 Sự chuyển hóa ammonia trình nitrate hóa sinh học (conversion of ammonia by biological nitrification) Quá trình mà nitrogen nước thải chưa xử lý chuyển hóa để tạo thành nitrate tác dụng vi sinh vật gọi “quá trình nitrate hóa sinh học” Nước thải xử lý thải đòi hỏi thỏa mãn yêu cầu môi trường nước tiếp nhận nơi cần có giảm thiểu nhu cầu oxy nitrogen (oxy cần thiết để oxy hóa hợp chất có chứa nitrogen) nơi cần thiết phải có giảm thiểu khả gây độc ammonia Trong phần này, trình nitrate hóa sinh học trình bày Các trình xử lý phân loại mô tả, ứng dụng, xem xét so sánh kỹ lưỡng 6.1.1 Mô tả trình Nitrate hóa trình tự dưỡng (ví dụ, lượng cho phát triển vi khuẩn lấy từ oxy hóa hợp chất có chứa nitrogen, ammonia) Trái với trình dị dưỡng, vi khuẩn nitrate hóa sử dụng CO2 (carbon vô cơ) carbon hữu để tổng hợp tế bào Quá trình nitrate hóa ammonium trình gồm hai bước liên quan đến hai chi vi sinh vật, Nitrosomonas Nitrobacter Bước thứ nhất, ammonium chuyển thành nitrite; tiếp nitrite chuyển thành nitrate Quá trình chuyển hóa mô tả sau: Bước 1: NH4+ + 3/2 O2 NO2- + 2H+ + H2O (1) Bước 2: NO2- + ½ O2 NO3- (2) Phương trình và phản ứng tạo lượng Nitrosomonas Nitrobacter sử dụng lượng sinh từ phản ứng cho phát triển trì tế bào Toàn phản ứng trình bày qua phương trình sau: NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O 68 Với lượng thu được, vài ion ammonium tích lũy tế bào Phản ứng tổng hợp sinh khối thể sau: 4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O C5H7O2N + 5O2 Công thức hóa học C5H7O2N sử dụng cho tế bào vi khuẩn tổng hợp Toàn phản ứng oxy hóa tổng hợp thể sau: NH4++1.83O2+1.98HCO3- 0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.041H2O + 1.88H2CO3 6.1.2 Phân loại trình nitrate hóa Các trình nitrate hóa phân loại theo mức độ khác biệt oxy hóa carbon liên quan đến nitrate hóa Sự oxy hóa carbon nitrate hóa xảy phản ứng đơn, liên quan đến “giai đoạn đơn” Trong trình nitrate hóa tách biệt, oxy hóa carbon nitrate hóa xảy phản ứng khác Phản ứng tăng cường chất lơ lửng tăng cường chất kết dính sử dụng cho hệ thống phản ứng đơn phản ứng tách biệt Mô hình phản ứng đơn phản ứng tách biệt mô tả hình 6.1 Hình 6.1 Quá trình oxy hóa carbon nitrate hóa tăng cường chất lơ lửng : (a) sơ đồ lọc sinh học tách biệt, (b) sơ đồ phối hợp 69 Sinh vật nitrate hóa diện hầu hết trình xử lý sinh học, số lượng chúng thường giới hạn Khả trình bùn hoạt tính để nitrate hóa liên quan đến tỉ số BOD5/TKN (total Kjeldahl nitrogen - tổng nitrogen tính theo phương pháp phân tích Kjeldahl) Vì tỷ số BOD5/TKN nằm khoảng từ 1-3 tương xứng với giá trị gặp phải hệ thống nitrate hóa tách biệt Tỷ số sinh vật nitrate hóa đánh giá biến động từ 0.21 BOD5/TKN = đến 0.083 BOD5/TKN=3 (xem bảng 6.1) Trong hầu hết quá trình bùn hoạt tính truyền thống, tỷ số sinh vật nitrate hóa thường thấp 0.083 Điều cho thấy BOD5/TKN >5, trình xem trình kết hợp oxy hóa carbon nitrate hóa, tỉ số