Cơ chế của quỏ trỡnh anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) là phản ứng oxy húa kỵ khớ amoni, trong đú amoni bị oxi húa bởi nitrite để tạo thành nitơ tự do, khụng cần cung cấp chất hữu cơ cho quỏ trỡnh phõn hủy sinh học này [12].
Quỏ trỡnh khử nitơ trong nước thải bằng hệ vi khuẩn Anammox cú thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:
NO2- + NH4+ → N2 + 2H2O
Hỡnh 1.8. Quỏ trỡnh khử nitơ truyền thống và quỏ trỡnh Anammox.
Phản ứng anammox đó được xỏc nhận là sự oxy hoỏ amoni bởi nitrit, phản ứng hoỏ học đơn giản với tỷ lệ mol NH4+: NO2- = 1:1 như ở phương trỡnh:
(Quỏ trỡnh nitrat húa bỏn phần) 2NH4+ + 1.5O2 → NH4+ + NO2- + H2O + 2H+ (anammox) NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O
(Tổng) 2NH4+ + 1.5O2 → N2 + 3H2O + 2H+
Quỏ trỡnh khử nitơ tự dưỡng Quỏ trỡnh khử nitơ truyền thống Cố định Nitơ
Trờn cơ sở cõn bằng khối lượng từ thớ nghiệm nuụi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ liờn tục (SBR) cú tớnh đến sự sinh trưởng sinh khối, phản ứng anammox được xỏc định với cỏc hệ số với tỷ lượng như sau (Strous và cộng sự, 1999):
NH4+ + 1.32NO2- + 0.066HCO3- + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26NO3- + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
Trong đú, sự tạo thành lượng nhỏ nitrate từ nitrite được giả thiết là để sinh ra cỏc đương lượng khử khi đồng húa CO2. Phương trỡnh này đó được chấp nhận rộng rói cho phản ứng anammox khi tớnh toỏn và giải thớch.
Một trong cỏc vấn đề là cỏc vi khuẩn anammox sinh trưởng rất chậm (thời gian nhõn đụi hơn 10 ngày), nờn việc nuụi cấy, phõn lập gặp nhiều khú khăn. Tuy nhiờn, nhờ vào kỹ thuật phõn tớch DNA, việc phỏt hiện trực tiếp trờn mẫu bựn thải và định danh cỏc vi khuẩn anammox đó được thực hiện thuận lợi.
Một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn anammox được biết cú thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 20 đến 430C (tối ưu ở 400C), pH 6,4-8,3 (tối ưu pH 8,0). Ở điều kiện tối ưu, tốc độ tiờu thụ cơ chất riờng cực đại là 55mol NH4+-N/g protein/phỳt. Ái lực với cỏc cơ chất amoni và nitrit rất cao (hằng số ỏi lực dưới 10 mM).
Để ỏp dụng anammox vào xử lý nitơ (chủ yếu là nitơ amoni), về nguyờn tắc hoặc là cần bổ sung nitrit vào, hoặc là chuyển hoỏ một nửa amoni ban đầu thành nitrit rồi chớnh nitrit sinh ra phản ứng với phần nửa amoni cũn lại. Hướng thứ hai chớnh là nguyờn lý cho cỏc ứng dụng thực tế của anammox. Như vậy, cỏc cụng nghệ xử lý nitơ mới sẽ bao gồm nitrit hoỏ bỏn phần theo sau là anammox.