GIỚI THIỆU VỀ NHÓM VI KHUẨN VÀ CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CÓ LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ PHOSPHO
2.2.4. Quá trình nitrat – khử nitrat
Ở giai đoạn nitrat, ammonium trong nước thải được oxi hóa đến nitrat qua 2 bước nitrit và tiếp tục oxy hóa nitrit thành nitrat. Đây là giai đoạn xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Các phản ứng được mô tả như sau:
2NH4+ + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O (25) 2NO2- + O2 2NO3- (26) NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O (27) Influent Effluen t
Air Partition wall
Acryl resin fiber
Nếu tính đến sự đồng hóa nitơ vi khuẩn sinh trưởng thì phản ứng tổng thể của giai đoạn nitrat hóa được viết như sau (Gujer and Jenkins, 1974):
NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3- 0,021 C5H7NO2 + 0,98 NO3- +
+ 1,041H2O + 1,88H2CO3 (28) Vi sinh vật tham gia phản ứng (1) thường gọi là các vi khuẩn oxy hóa ammonium (Ammonium Oxidizing Bacteria - AOB), chủ yếu là các vi khuẩn thuộc chi Nitrosomonas và một số chi khác như Nitrosococcus, Nitrosospria,
Nitrosolobus, Nitrosovibrio .... Tương tự, các vi khuẩn NOB (Nitrit Oxydizing
Bacteria) tham gia phản ứng (2) chủ yếu là vi khuẩn thuộc chi Nitrobacter và một số chi khác như Nitrospina, Nitrococcus và Nitrospira mới được phát hiện gần đây (Suwa et al ., 1994; Schramm et al ., 1998). Giữa các AOB và NOB có những khác biệt về điều kiện tăng trưởng, do đó có thể sử dụng sự khác biệt này chọn lọc theo ưu thế cạnh tranh.
Ở giai đoạn khử nitrat, nitrat được khử thành nitrit rồi thành khí nitơ (N2) qua một số sản phẩm trung gian. Giai đoạn này xảy ra trong điều kiện kỵ khí.
Quá trình khử cần sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ như là nguồn cho điện tử. Các chất hữu cơ thường sử dụng là methanol, etanol, acetate, glucose,.. (nguồn carbon bổ sung từ ngoài) hay chính các chất hữu cơ trong nước thải (nguồn carbon nội). Các phản ứng chuyển hóa trong trường hợp nguồn carbon là methanol như sau:
6 NO3- + 2 CH3OH 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O (29) 6 NO2- + 3 CH3OH 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH- (30) 6 NO3- + 5 CH3OH 3 N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH- (31)
Dựa vào kết quả phân tích trình tự phân tử (16S rDNA), trong khi chúng lại có những tương đồng rõ rệt về mặt phenotype: tốc độ sinh trưởng lại như nhau, đều có cấu tử Anammoxosome với lớp màng đều chứa lipid ladderance.
Phản ứng tổng thể của giai đoạn denitrat hóa kèm theo sự đồng hóa nitơ để tế bào vi khuẩn sinh trưởng có dạng sau (McCarty et al., 1969):
NO3- + 1.08 CH3OH + H+
0.065 C5H7NO2 + 0.47 N2 + 0.76 CO2 + 2.44 H2O (32) Giữ vai trò khử nitrat trong quá trình này là các vi khuẩn thuộc các chi
Pseudomonas, Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, . . .
Về mặt kỹ thuật, các hệ thống xử lý nitơ truyền thống có thể được thiết kế theo trình tự nitrat – khử nitrat (post-denitrification) hay ngược lại (pre- denitrification). Trong trường hợp thứ nhất, nguồn carbon bên ngoài phải được cung cấp cho bể khử nitrat, còn trong trường hợp thứ hai, phải cần một dòng hồi lưu lớn từ bể nitrat.
Tóm lại, ở quá trình này một lượng P-PO4 trong nước thải bị các vi khuẩn tiêu thụ rất lớn để tạo nguồn năng lượng cho các tế bào vi khuẩn phát triển mà đặc biệt là nhóm vi khuẩn Nitrosomonas.
Chương 3: