PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT NHIỄM NITO
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của các loài rêu, tảo trong ao hồ. Đang gây nên sự đe dọa cho các loài sinh vật có ích trong nước. Để loại bỏ được chúng cần phải cải tạo cũng như có phương pháp sinh học xử lý nước thải sinh hoạt nhiễm nito cho hệ thống. Và dưới đây là tính chất trạng thái, tác hại cũng như cách xử lý hàm lượng nito cao có trong nước thải.
>> Xem thêm: Cải tạo hệ thống nhiễm nito trong xử lý nước thải sinh hoạt
I. Trạng thái tồn tại của Nito trong nước thải
Trong nước thải, các hợp chất của nito tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu cơ, amoni và các hợp chất dạng oxy hoá (nitrit và nitrat). Trong nước thải sinh hoạt nito tồn tại dưới dạng vô cơ là 65% và hữu cơ là 35%. Nguồn nito chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu tương đương với 12g nito. Trong số đó nito trong urê (N-CO(NH¬2)2) là 0,7g, còn lại là các loại nito khác.
II. Tác hại của ô nhiễm Nito đối với môi trường
Nito trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng. Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như là rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước. Khi như vậy nó sẽ phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước. Phá hoại cả môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất độc trong nước như NH4+, H2S, CO2,… Tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. Hiện tượng đó gọi là phú dưỡng nguồn nước vì vậy cần có phương pháp sinh học xử lý nước thải sinh hoạt nhiễm nito.
Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải. Hiện tượng này tác động tiêu cực tới hoạt động sống của dân cư đô thị. Làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của khu dân cư.
III. Tác hại của Nito đối với quá trình xử lý nước
Sự có mặt của nito có thể gây cản trở cho quá trình xử lý làm giảm hiệu quả làm việc của các công trình. Mặt khác nó có thể kết hợp với các loại hoá chất trong xử lý. Để tạo các phức hữu cơ gây độc cho con người. Với đặc tính như vậy việc có phương pháp sinh học xử lý nước thải sinh hoạt nhiễm nito trong giai đoạn hiện nay đang là vấn đề đáng được nghiên cứu và ứng dụng.
IV. Xử lý Nito trong nước thải bằng phương pháp sinh học
1. Cơ sở lý thuyết
Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí. Nito amôn sẽ được chuyển thành nitrit và nitrat nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Khi môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn khử nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ tiện) sẽ tách oxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để oxy hoá chất hữu cơ. Nito phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.
Quá trình chuyển hóa nito trong phương pháp sinh học xử lý nước thải sinh hoạt nhiễm nito. Quá trình chuyển NO3- –> NO2- –> NO –> N2O –> N2 với việc sử dụng metanol làm nguồn cacbon.
2. Nitrat hóa
Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng. Ngược với các vi sinh vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành trên một đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều so với sinh khối tạo thành của quá trình dị dưỡng.
Quá trình nitrat hoá từ nito amoni chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi khuẩn: nitơsomonas và nitơbacteria. Ở giai đoạn 1 amoni được chuyển thành nitrit và ở bước 2 nitrit được chuyển thành nitrat.
- Bước 1. NH4- + 1,5 O2 –> NO2- + 2H+ + H2O
- Bước 2. NO-2 + 0,5 O2 –> NO3-
Các vi khuẩn nitơsomonas và nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống, tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp bằng phương trình sau: NH4- + 2O2 –> NO3- + 2H+ + H2O (*)
Cùng với quá trình thu năng lượng, một số ion amoni đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào. Quá trình tổng hợp sinh khối: 4CO2 + HCO3- + NH+4 + H2O –> C5H7O2N + 5O2
C5H7O2N tạo thành dùng để tổng hợp nên sinh khối mới.
Toàn bộ quá trình oxy hoá và phản ứng tổng hợp: NH4+ + 1,83O2 + 1,98 HCO3- –> 0,021C5H7O2N + 0,98NO3- + 1,041H2O + 1,88H2CO3.
Lượng oxy cần thiết để oxy hoá amoni thành nitrat cần 4,3 mg O2/ 1mg NH4+. Giá trị này gần bằng giá trị 4,57 thường được dùng trong các công thức tính toán thiết kế. Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế bào không được xét đến.
>> Xem thêm: Cải tạo hệ thống nhiễm photpho trong xử lý nước thải sinh hoạt
3. Khử nitrit và nitrat
Trong môi trường thiếu oxy các vi khuẩn khử nitrit và nitrat denitrificans tách oxy của NO3- và NO2- để oxy hoá chất hữu cơ. Nito phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.
- Khử nitrat: NO3- + 1,08 CH3OH + H+ –> 0,065 C5H7O2N + 0,47 N2 + 0,76CO2 + 2,44H2O
- Khử nitrit: NO2- + 0,67 CH3OH + H+ –> 0,04 C5H7O2N + 0,48 N2 + 0,47CO2 + 1,7H2O
Như vậy để khử nito bằng phương pháp sinh học, công trình xử lý nước thải sinh hoạt nhiễm nito cần:
- Điều kiện yếm khí (thiếu oxy tự do)
- Có nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-)
- Có vi khuẩn kị khí tuỳ tiện khử nitrat
- Có nguồn cacbon hữu cơ
- Nhiệt độ nước thải không thấp.
