Khử nitrat là quá trình chuyển nitrat thành nitơ tự do thơng qua nitrit và các chất trung gian khác dưới điều kiện thiếu khí. Việc chuyển hĩa này cĩ thểđạt
được do một vài loại vi khuẩn như Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, Micrococcus, Proteus, v.v… (Tchobanoglous và cộng sự, 1991). Quá trình này
địi hỏi nguồn cacbon (ví dụ methanol, etanol, acetate, glucose) cho sự phát triển của vi khuẩn do chúng là vi khuẩn dị dưỡng. Do đĩ giá thành xử lý sẽ tăng cao, nhất là khi nước thải cĩ hàm lượng nitơ cao và nguồn cacbon hữu cơ cĩ trong nước thải thấp (ví dụ:1 g NO3-N sẽ cần tiêu tốn 2,47 g methanol). Việc giảm nitrat này bao gồm 2 bước chính: Nitrat chuyển thành nitrit và nitrit chuyển thành một số sản phản trung gian trước khi được khử thành khí nitơ.
NO3− → NO2−→ NO → 0,5N2O → 0,5N2
Phương trình của quá trình khử nitrat sử dụng methanol như là nguồn cacbon được chỉ ra sau đây (Tchobanoglous và cộng sự, 1991)
Xét về năng lượng:
Bước 1: 6NO3- + 2CH3OH → 6 NO2- + 2CO2 + 4H2O (2-5) Bước 2: 6NO3- + 2CH3OH → 6 NO2- + 2CO2 + 4H2O (2-6)
13
6NO3- + 5CH3OH → 3N2 + 5CO2 + 7H2 O + 6OH - (2-7) Phương trình phản ửng tồn bộ sử dụng methanol như nguồn cacbon:
NO3- + 5CH3OH + H+→ 0,065 C5H7O2N + N2+ 0,76CO2+ 2,44H2O (2-8) Giống như quá trình nitrat hĩa, cĩ một vài yếu tốảnh hưởng đến quá trình khử nitrat. Sự hiện diện của oxy tự do sẽ cản trở sự hoạt động hệ thống enzim cần cho quá trình khử nitrat. Thơng thường thì giá trị pH tăng lên trong suốt quá trình khử nitrat thành khí nitơ do tạo ra độ kiềm. pH thích hợp cho quá trình này dao động từ 7 đến 8 tùy thuộc vào cộng động vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat. Tốc độ loại bỏ nitrat và tốc độ sinh trưởng của vi sinh cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, và nhiệt độ thích hợp là từ 35- 500C. Hơn nữa, vi sinh vật rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ (Tchobanoglous và cộng sự, 1991).
Một hướng cải tiến khác nhắm vào sự thay đổi con đường chuyển hĩa nitơ. Ví dụ điển hình là loại hình nitơ bằng “ đi tắt” sinh học (SNBR) (Furukawa và cộng sự, 2000), (Lieu, 2006), tức là khử ngay nitrit thành nitơ phân tử thay cho khử nitrat nhằm giảm bớt nhu cầu oxy để đưa nitrit trở về nitrat và nhu cầu cacbon hữu cơ để khử nitrat thành nitrit rồi thành khí N2. Hệ thống SNBR cho phép giảm 25% nhu cầu oxy và khoảng 40% nhu cầu cacbon hữu cơ được so sánh ở Bảng 2.6 (Lieu và cộng sự, 2005; Furukawa và cộng sự, 2000).