Đây là cơng nghệ dựa trên quá trình nitrat hĩa và khử nitrat. Hệ thống xử lý nitơ truyền thơng dựa trên 2 giai đoạn nitrat hĩa và khử nitrat. Giai đoạn nitrat hĩa, amoni trong nƣớc thải đƣợc oxi hĩa thành nitrat thơng qua 2 bƣớc: nitrit hĩa (nitritation) và oxi hĩa nitrit thành nitrat (nitratation). Giai đoạn này xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Cơ chế của quá trình đã đƣợc trình bày ở phần 2.1.3. Phản ứng tổng thể của giai đoạn này đƣợc mơ tả nhƣ sau:
(2.25)
Vi sinh vật đĩng vai trị trong quá trình chuyển hĩa NH4+ thành nitrit đƣợc gọi là AOB (Ammonium Oxidizing Bacteria), các vi khuẩn này chủ yêu là các vi khuẩn thuộc chi Nitrosomonas và một số chi tƣơng tự nhƣ Nitrosococcus, Nitrosospia, Nitrosolobus, Nitrosovibrio. Đây là những vi khuẩn tự dƣỡng, chúng tự tổng hợp chất
hữu cơ từ nguồn cacbon vơ cơ.
Vi sinh vật đĩng vai trị trong quá trình chuyển hĩa nitrit thành nitrat đƣợc gọi là NOB (nitrite Oxidizing Bacteria), chúng chủ yếu là những vi khuẩn thuộc chi
Nitrobacter, và một số chi khác nhƣ Nitrospina, Nitrococcus, và Ntrospira. Đây là
cũng là những vi khuẩn tự dƣỡng, chúng cần nguồn cacbon vơ cơ để tổng hợp nên tế bào.
Giữa các vi khuẩn AOB và NOB cĩ sự khác biệt trong điều kiện sinh trƣởng và phát triển, vì vậy, ta cĩ thể chọn lọc, tạo điều kiện cho một loại phát triển ƣu thế hơn. Ví dụ nhƣ ở nhiệt độ thấp thì tốc độ sinh trƣởng của AOB nhỏ hơn NOB, ở nhiệt độ
HVTH: HỒ THANH HIỀN Trang 21
cao (trên 25oC), AOB cĩ ái lực oxi thấp hơn NOB (0,63 mg O2/l so với 1,32 mg O2/l) nên ở điều kiện hạn chế oxi thì AOB sẽ chiếm ƣu thế.
Giai đoạn khử nitrat, đây là giai đoạn mà nitrat bị khử về nitrit rồi thành khí nitơ. Giai đoạn này xảy ra trong điều kiện kị khí. Những vi sinh vật tham gia vào quá trình này là Pseudomonas, Achromobacter, Aerobacter, Bacillus,… đây là những vi
khuẩn dị dƣỡng, vì vậy chúng cần chất hữu cơ để xây dựng tế bào. Các chất hữu cơ thƣờng sử dụng là methanol, ethanol. Acetate, glucose…. Hay chính các chất hữu cơ trong nƣớc thải. Ở điều kiện kị khí, nitrat và nitrit là chất nhận điện tử thay vì oxi trong điều kiện hiếu khí. Cơ chế của giai đoạn khử nitrat đã đƣợc trình bày ở phần 2.1.4
Phản ứng tổng thể cho giai đoạn khử nitrat cĩ tính đến sự đồng hĩa nitơ cho sự sinh trƣởng và phát triển của tế bào đƣợc mơ tả nhƣ sau:
Mặc dù phát triển từ lâu và hiện vẫn đang cịn ứng dụng rộng rải. Tuy nhiên, hệ thống nitrat hĩa – khử nitrat bộc lộ nhiều hạn chế nhƣ cần bổ sung nguồn cacbon cho quá trình xử lý. Vì vậy, rất khĩ khi áp dụng xử lý nƣớc thải cĩ hàm lƣợng nitơ cao mà cacbon thấp nhƣ nƣớc rỉ rác, nƣớc từ bể phân bủy bùn, bể biogas…
Trong nhiều năm qua, đã cĩ những nghiên cứu nhằm cải tiến kỹ thuật nitrat hĩa – khử nitrat, chủ yếu là làm tăng hiệu quả xử lý ở các giai đoạn, hạn chế sử dụng nguồn cacbon bên ngồi mà tận dụng nguồn cacbon trong nƣớc thải. Tuy nhiên về cơ bản, nĩ vẫn là sự kết hợp của 2 quá trình hiếu khí và thiếu khí dựa vào 2 nhĩm vi khuẩn tự dƣỡng và dị dƣỡng.