Item: Quá trình khử nitrat
Rating: 6
Author: Tài liệu môi trường

Quá trình khử nitrat là gì?

Khử nitrat là một quá trình sinh học sử dụng nitrat như một nguồn cung cấp điện tử, ngoại trừ oxy, để oxy hóa các chất hữu cơ (khử nitrat dị dưỡng) hay các chất vô cơ như S hay H (khử nitrat tự dưỡng). Trong suốt quá trình, Nitrat sẽ giảm dần và chuyển thành khí N2. Cả quá trình này sẽ xảy ra trong điều kiện thiếu khí. Các vi sinh vật khử nitrat hóa là các sinh vật ưa khí tùy nghi (chúng có thể chuyển đổi giữa hô hấp trong điều kiện có oxy và trong điều kiện có nitrat).

Quá trình khử nitrat

Khử nitrat tự dưỡng thường sử dụng trong xử lý nước nhiều hơn là trong xử lý nước thải. đối với quá trình khử nitrat tự dưỡng, nguồn C có thể lấy từ nước thải, các tế bào vi khuẩn hoặc từ nguồn C bên ngoài như CH4 hay acetat.

Trường hợp thiếu oxy, các loại vi khuẩn khử nitơrat denitrificans (dạng kỵ khí tùy tiện) sẽ tách oxy của nitơrat và nitrit để oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước. Quá trình chuyển

NO3- > NO2- > NO > N2O > N2 (NO, N2O, N2: dạng khí)

Quá trình vi sinh của sự khử nitrat dị dưỡng

Quá trình khử nitrat dị dưỡng xảy ra với tốc độ nhanh, thích nghi tốt với các hợp chất ức chế, đòi hỏi nồng độ hữu cơ cao và nồng độ DO thấp hoặc có thể không có. Các vi khuẩn hiện diện trong hệ thống là các vi khuẩn hiếu khí tùy nghi, việc thiết kế vùng thiếu khí là một trong những nhân tố quan trọng nhất trong quá trình khử nitrat hóa. Đối với quá trình xử lý nước thải bằng sinh học thiếu khí thì phương trình phản ứng như sau:

COHNS + NO3- → N2 + CO2 + C5H7O2N + OH- + H2O + end products organic bacterial matter cells

Theo lý thuyết, 3,57 mg kiềm (CaCO3) được tạo ra khi mỗi mg nitrat bị chuyển sang dạng khí N2, khi nước thải được sử dụng như nguồn cung cấp C. Vì vậy, sự khử Nitrat hóa có thể lấy lại được khoảng một nửa lượng kiềm đã mất trong quá trình nitrat hóa và có thể khắc phục được tình trạng giảm pH trong môi trường nước kiềm.

Do các vi sinh vật khử nitrat là các sinh vật dị dưỡng, nên chúng dễ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi pH của môi trường. Nhìn chung, tốc độ khử nitrat sẽ bị giảm sút khi pH xuống dưới 6 hoặc trên 8.

Trong trường hợp CBOD trong nước thải không đủ để cung cấp C cho quá trình khử nitrat, thì nguồn C bên ngoài phải được cung cấp thêm, chủ yếu là methanol và acetat. Và như vậy, độ kiềm đã mất có thể hoặc có thể không được thu hồi lại, phụ thuộc vào tính chất hóa học của nguồn C được sử dụng.

Các yếu tố ảnh hưởng:

1. Ảnh hưởng bởi hàm lượng oxy (DO): Do thích hợp cho quá trình khử nitrat là < 1 mg/l, hàm lượng oxy càng thấp thì hiệu quả khử nitrat càng lớn.

2. Ảnh hưởng bởi pH: pH của quá trình khử nitrat ít được quan tâm hơn so với quá trình nitrat hóa, bởi vì quá trình nitrat hóa cần tiêu tốn lượng kiềm lớn trong khi đó quá trình khử nitrat lại sinh ra kiềm. pH tối ưu cho quá trình khử nitrat là 6.5-7.5. pH cao hơn hoặc thấp hơn sẽ làm giảm hiệu quả khử nitrat.

3. Đặc tính nước thải: Nước thải có chứa hàm lượng hữu cơ hòa tan, dễ được hấp thụ bởi vi sinh sẽ giúp cho quá trình khử nitrat tốt hơn so với loại nước thải có hàm lượng hữu cơ dạng keo, hoặc dạng keo ít phân hủy sinh học.

4. Ảnh hưởng bởi chất nhận điện tử đến tỷ lệ sử dụng cơ chất: Liên quan đến quần thể vi sinh di dưỡng sử dụng nitrat làm chất nhận điện từ thay vì sử dụng oxy. Lý giải cho việc này đó là chỉ một phần vi sinh vật dị dưỡng tồn tại ở dạng tùy nghi.

5. Ảnh hưởng bởi nhiệt độ: Tốc độ của quá trình khử nitrat hóa có thể chịu ảnh hưởng quan trọng khi nhiệt độ giảm xuống dưới 20oC (68oF), tốc độ nitrat hóa ở 10oC (50oF) chỉ bằng 20 – 40% so với khi ở 20oC.

6. Nguồn Carbon: Nguồn carbon đến từ nước thải tự nhiên có hiệu suất khử nitrat thấp hơn so với nguồn carbon bổ sung từ bên ngoài. Vì vậy để tăng cường hiệu suất khử nitrat thì thường bổ sung một số nguồn carbon bên ngoài như methanol, etanol,...

7. Ảnh hưởng của các chất ức chế: Nhìn chung, các sinh vật trong khử nitrta hóa thường thích nghi tốt hơn so với các sinh vật nitrat hóa. Hai giai đoạn nitrat hóa và denitrat hóa xảy ra với hai điều kiện ngược nhau: hiếu khí – kỵ khí, tự dưỡng – dị dưỡng. Do vậy, hai giai đoạn phải tiến hành trong các bể phản ứng riêng biệt và sự vận hành, kiểm soát quá trình của hệ thống xử lý nitơ truyền thống trở nên phức tạp. Ví dụ, trong khi ở giai đoạn nitrat hóa cần duy trì DO tối thiểu là 2mg/lít thì ở giai đoạn denitrat hóa phải khống chế DO dưới 0,3mg/lít.