♦ Mơ tả quá trình nitrat hĩa
Nitrat hĩa lần lượt bao gồm 2 bước nitrat hĩa ammonium và nitrat hĩa nitrite nhờ vào 2 chủng vi khuẩn tự dưỡng: Vi khuẩn oxy hĩa ammonia (AOB) và vi khuẩn oxy hĩa nitrite (NOB). Trong bước nitrat hĩa ammonium,
11
Nitrosomonas là loại được tìm thấy nhiều nhất trong nhĩm AOB và các loại khác, bao gồm Nitrosococcus và Nitrosospira (Watson và cộng sự, 1981). Trong bước nitritt hĩa kế tiếp, Nitrobacter là loại được tìm thấy nhiều nhất trong nhĩm NOB và các loại khác, bao gồm Nitrospina, Nitrococcus và Nitrospira (Watson và cộng sự, 1981). Quá trình thơng thường được chỉ ra trong các phản ứng năng lượng (phản ứng 2-1 và 2-2):
Bước oxy hĩa ammonium:
NH4+ + 1,5O2 NO2- + 2H+ + H2O (2 -1) Bước oxy hĩa hĩa nitrit:
NO2- + 0.5 O2 NO3- (2-2)
Vi sinh vật sinh trưởng và duy trì bởi năng lượng nhận được từ các phản
ứng này.
Phản ứng tồn bộ về năng lượng được mơ tảở phản ứng 2-3: NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2O (2−3)
Hơn nữa, hợp chất C5H7O2N đại diện cho các tế bào vi khuẩn và việc hình thành tế
bào vi khuẩn được mơ tả ở phản ứng 2-4 (Tchobanoglous và cộng sự, 1991):
NH4+ + 1,83O2 + 1,98HCO3-
0,021C5H7O2N + 0,98NO3- + 1,041 H2O + 1,88H2CO3 (2 - 4) Lượng hĩa chất yêu cầu cho quá trình này cĩ thể được tính tốn dựa vào phản ứng (2-4)
Xấp xỉ cần khoảng 4,2 mg O2để oxy hĩa 1mg NH3-N oxy hĩa thành 1mg NO3-N. Trong quá trình quá trình loại bỏ nitơ truyền thống, một lượng độ kiềm lớn được tiêu thụ (8,63mg HCO3 - hoặc 7,1mg CaCO3- trên 1mg- NH4-N bị oxy hĩa) (Sedlak, 1991)
Các yếu tố ảnh hưởng đến vi khuẩn nitrat hĩa là nhiệt độ, pH, DO, NH3 tự do, acid nitrous. Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng của vi khuẩn nitrat, nhưng việc định lượng ảnh hưởng của nĩ thì rất khĩ khăn. Nhiệt độ phù hợp cho vi khuẩn nitrat hĩa là khoảng 350C và dao động từ 4 - 450C (Tchobanoglous và
AOB NOB
12
cộng sự, 1991). pH cũng ảnh hưởng lớn đến vi khuẩn này, và pH tốt nhất cho vi khuẩn này hoạt động là 7,5- 8,6. Nồng độ DO nên duy trì lớn hơn 1 mg/L. Ngược lại, nồng độ oxy thấp sẽ trở thành chất ức chế và quá trình nitrat hĩa sẽ chậm hoặc dừng lại.
♦ Phân loại quá trình nitrat hĩa
Phân loại quá trình nitrat hĩa dựa trên mức độ tách riêng chức năng nitrat hĩa và oxy hĩa cabon. Qúa trình nitrat hĩa và oxy hĩa cacbon cĩ thể xảy ra cùng một cơng trình đơn vị hay trong hai cơng trình riêng biệt.
Khả năng nitrat hĩa của các quá trình sinh học tùy thuộc vào tỉ số BOD5/TKN. Theo U.S.EPA: khi tỉ số BOD5/TKN >= 5 thì quá trình oxy hĩa cacsbon ở dạng kết hợp, BOD5/TKN <3 thì hai quá trình oxy hĩa cacbon và nitrat hĩa được tách riêng.