3 Yếu Tố Chính Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Nitrat Hóa

3 Yếu Tố Chính Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Nitrat Hóa

Yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa bao gồm độ pH, nhiệt độ và các hợp chất độc hại.

1. Trước khi diễn ra quá trình nitrat hóa là quá trình ammoni hóa

Khi đi qua các đường ống thoát nước, phần lớn nitơ trong nước thải được chuyển đổi từ nitơ hữu cơ (urê và phân) sang ammonia qua quá trình thủy phân. Đây là quá trình kỵ khí và được mô tả bằng phương trình đơn giản dưới đây:

NH2COHN2 + H2O + 7H+ ——> 3NH4+ + CO2

Phương trình cho thấy sự chuyển đổi urê thành amoni, không phải ammonia. Tỷ lệ ammonia (NH3) so với amoni (NH4+) bị ảnh hưởng bởi pH và nhiệt độ. Ở các điều kiện thông dụng với hầu hết các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt (pH từ 6 đến 7, và nhiệt độ từ 10 đến 20 độ C), hầu như tất cả được tạo ra dưới dạng amoni và hầu như không có ammonia được tạo ra. Vì ammonia và amoni hoạt động tương tự, nên trong thực tế, các nhà thiết kế và vận hành hệ thống xử lý không coi đây là điều quan trọng.

Và như thường lệ trong ngành môi trường, chúng tôi sử dụng thuật ngữ “ammonia” để mô tả hóa chất khi viết, nhưng đi kèm thuật ngữ này là biểu tượng hóa học cho amoni, NH4.

2. Quá trình Nitrat hóa là gì?

Phương trình mô tả quá trình Nitrat hóa

Các phương trình sau mô tả quá trình nitrat hóa. Nitơ hữu cơ trước tiên phải được chuyển thành ammonia để bị nitrat hoá. Nếu không được chuyển thành ammonia, nitơ hữu cơ sẽ đi qua hệ thống xử lý sẽ không thay đổi.

Phương trình đệm kiềm

H20 + CO2 <—-> H2CO3 <—->  HCO3 + H+   <—-> CO3 + 2H+

Phương trình Nitrat hóa

NH4+ + 1.5O2 —-> 2H+ + 2H2O + NO2-

NO2- + 0.5O2 —-> NO3-

NH4+ + 1.83 O2 + 1.98 HCO3- —-> 0.021 C5H702N + 0.98 NO3- + 1.041 H2O + 1.88 H2CO3-

NH4+ + 1.9O2 + 2HCO3- —-> 1.9 CO2 + 2.9 H2O + 0.1 CH2

Từ các phương trình trên, có thể tính toán rằng trong mỗi pound ammonia (NH4) bị oxy hóa thành nitrat (NO3), xảy ra những điều sau đây:

4.18 pound oxy được tiêu thụ và 7.14 pound kiềm được tiêu thụ (canxi cacbonat (CaCO3)) – hoặc – 12 pound kiềm được đo bằng sodium bicarbonate (NaHCO3).

Hình: Vi khuẩn Nitrosomonas

Vi khuẩn thực hiện quá trình Nitrat hóa

Vi khuẩn có tên Nitrosomonas (và những vi khuẩn khác) chuyển đổi ammonia (NH4) nitrit (NO2). Tiếp theo, vi khuẩn có tên Nitrobacter (và những vi khuẩn khác) kết thúc việc chuyển đổi nitrit (NO2) thành nitrat (NO3). Các phản ứng diễn ra kết hợp và đồng thời để nhanh chóng chuyển thành nitrat (NO3); do đó, nồng độ nitrit (NO2) tại bất kỳ thời điểm nào thường dưới 0,5 mg/L.

Những vi khuẩn này được gọi là “nitrifiers”, là những “aerobes” (vi khuẩn hiếu khí) nghiêm ngặt. Vì chúng phải có oxy hòa tan tự do để thực hiện quá trình này. Quá trình nitrat hóa chỉ xảy ra trong điều kiện hiếu khí với khả năng khử oxy hóa đủ. Quá trình nitrat hóa đòi hỏi thời gian lưu lâu, tỷ lệ F:M thấp, thời gian lưu trữ tế bào trung bình cao (được đo bằng MCRT hoặc Tuổi bùn) và độ đệm thích hợp (độ kiềm). Nhiệt độ, như được thảo luận dưới đây là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa.

Các vi khuẩn nitrat hóa đã được phân lập vào các chất nền trong các sản phẩm Pond Clear của Canada và Ammonia Reducer của Anh Quốc để thực hiện quá trình Nitrat hóa hiệu quả.

3. pH là yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa tạo ra axit. Sự hình thành axit này làm giảm độ pH của quần thể sinh học trong bể sục khí và có thể làm giảm tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn nitrat hóa. Bởi vì nó độc hại đối với các vi khuẩn nitrat hóa – đặc biệt là các vi khuẩn biến đổi nitrit (NO2) thành nitrat (NO3) -. Độ pH tối ưu cho Nitrosomonas và Nitrobacter là từ 7.5 đến 8.5; tuy nhiên hầu hết các nhà máy xử lý có thể nitrat hóa hiệu quả với độ pH từ 6.5 đến 7.0.

Quá trình nitrat hóa bị ức chế khi pH dưới 6.5 và dừng ở pH 6.0. Phản ứng nitrat hóa (chuyển đổi ammonia (NH4) thành nitrat (NO3)) tiêu thụ 7.1 mg/L kiềm (như CaCO3) cho mỗi mg/L nito ammonia (NH4) bị oxy hóa. Để quá trình diễn ra, cần 60 mg/L kiềm trong lò phản ứng sinh học (bể sục khí, lọc nhỏ giọt, RBC, vv).

4. Yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình Nitrat hóa: Nhiệt độ

Nhiệt độ nước cũng ảnh hưởng đến tốc độ nitrat hóa. Quá trình nitrat hóa đạt tốc độ tối đa ở nhiệt độ từ 30 đến 35°C. Ở nhiệt độ 40°C và cao hơn, tỷ lệ nitrat hóa giảm xuống gần bằng không. Ở nhiệt độ dưới 20°C, quá trình nitrat hóa diễn ra ở tốc độ chậm hơn, nhưng sẽ tiếp tục ở nhiệt độ dưới 10°C nhưng sẽ không thể tiếp tục nếu mất đi độ kiềm, cho đến khi nhiệt độ nước thải tăng lên gần 15°C.

5. Chất độc là yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa

Một số hợp chất độc hại nhất đối với vi khuẩn nitrat hóa bao gồm xianua, thiourea, phenol và kim loại nặng như bạc, thủy ngân, niken, crôm, đồng và kẽm.

Vi khuẩn nitrat hóa cũng có thể bị ức chế bởi axit nitrous và nồng độ cao ammonia tự do (NH4).

leave a Comment

You must be logged in to post a comment.


X