Quá trình anamox trong xử lý nước thải

Nguyễn Lê Trung Dũng
1924403010190
D19MTKT01


Tìm hiểu quá trình anammox trong xử lý nước thải
1. Khái niệm:
Là viết tắt của q trình oxy hóa amoni kỵ khí, là một q trình vi sinh vật quan trọng
trên tồn cầu của chu trình nitơ diễn ra trong nhiều mơi trường tự nhiên. Vi khuẩn
trung gian q trình này được xác định vào năm 1999, và là một bất ngờ lớn đối với
cộng đồng khoa học. Trong phản ứng anammox, các ion nitrit và amoni được chuyển
đổi trực tiếp thành nitơ và nước.
Các vi khuẩn thực hiện quá trình anammox là các chi thuộc họ vi khuẩn
Planctomycetes. Tất cả các vi khuẩn anammox đều sở hữu một anammoxosome, một
ngăn liên kết với màng kép lipid bên trong tế bào chất, nơi diễn ra quá trình anammox.
Màng anammoxosome rất giàu chất béo ladderane; Sự hiện diện của những chất béo
này cho đến nay là duy nhất trong sinh học.
2. Cơ chế:
Amoni và nitrit được oxi hóa một cách trực tiếp thành khí N2 dưới điều kiện yếm khí
với amoni là chất cho điện tử, còn nitrit là chất nhận điện tử để tạo thành khí N2.
Ứng dụng của quy trình anammox nằm trong việc loại bỏ amoni trong xử lý nước thải
và bao gồm hai quy trình riêng biệt. Bước đầu tiên là q trình nitrat hóa một phần
(nitrit hóa) một nửa lượng amoni thành nitrit bởi vi khuẩn oxy hóa amoniac:
2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O
Amoni và nitrit tạo thành được chuyển đổi trong quá trình anammox thành khí dinitơ
và ~ 15% nitrat (khơng được hiển thị) bởi vi khuẩn anammox:
NH4+ + NO2- → N2 + H2O
Cả hai q trình đều có thể diễn ra trong 1 lị phản ứng nơi hai nhóm vi khuẩn tạo
thành các hạt nhỏ.
Để làm giàu các sinh vật anammox, hệ thống sinh khối hoặc màng sinh học dạng hạt
dường như đặc biệt thích hợp trong đó có thể đảm bảo tuổi bùn cần thiết trên 20 ngày.

Các lò phản ứng có thể có là lị phản ứng theo mẻ tuần tự (SBR), lò phản ứng tầng
chuyển động hoặc lò phản ứng vịng nâng khí. Giảm chi phí so với việc loại bỏ nitơ


thơng thường là đáng kể; kỹ thuật này vẫn cịn non trẻ nhưng đã được chứng minh
trong một số cài đặt ở quy mô đầy đủ.
3. Công nghệ xử lý:
Anammox là công nghệ mới được phát triển trong những năm gần đây. Nó khơng cần
bất kỳ nguồn cacbon hữu cơ nào để loại bỏ nitơ. Vì vậy, nó đem lại lợi ích về kinh tế
và mang lại nhiều tiềm năng cho xử lý nước thải có chứa amoni có hàm lượng cacbon
hữu cơ thấp. Trong quá trình Anammox, amoni được chuyển thành N2 với nitrit là
chất nhận điện tử. Vì vậy, tỷ lệ hàm lượng giữa nitrit và amoni là khoảng 1,3 và cần
nguồn cacbon vơ cơ, vì vậy, phải bổ sung HCO3-.
Sự kết hợp hai q trình nitrat hóa bán phần và quá trình Anammox dựa trên thực tế
rằng: nitrit là hợp chất trung gian trong cả hai quá trình. Vì vậy, nitrat hóa bán phần để
chuyển 1/2 amoni thành nitrit là thuận tiện và kinh tế; theo sau đó là q trình
Anammox đảm bảo loại bỏ tồn bộ nitơ thơng qua q trình hồn tồn tự dưỡng. Nhu
cầu oxi giảm đi chỉ còn 62,5% và tiết kiệm được đáng kể giá thành do không phải bổ
sung thêm cacbon hữu cơ so với hệ thống nitrat hóa – đề nitrat thơng thường
Tuy nhiên, q trình Anammox khó áp dụng cho việc xử lý nước thải thực tế. Trở ngại
chính để ứng dụng q trình Anammox là địi hỏi một giai đoạn bắt đầu lâu dài (long
startup period), chủ yếu là do tốc độ sinh trưởng chậm của vi khuẩn Anammox (thời
gian nhân đôi là khoảng 11 ngày). Thêm vào đó, vi khuẩn Anammox là vi khuẩn yếm
khí và tự dưỡng hồn tồn nên chúng khó để ni cấy. Vì vậy, chúng chưa được phân
lập trong môi trường nuôi cấy thuần túy (pure culture). Do đó, việc am hiểu về sinh lý
học và động lực học của vi khuẩn Anammox là rõ ràng và có ý nghĩa lớn.
4. Ưu điểm:
Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp nitrat hóa và đề nitrat hóa thơng
thường là ở chỗ: địi hỏi nhu cầu về oxi ít hơn và khơng cần nguồn cacbon hữu cơ từ
bên ngồi. Bước nitrat hóa bán phần phải được tiến hành trước để chuyển chỉ một nửa

amoni thành nitrit. Sản phẩm chính của q trình Anammox là N2, tuy nhiên, khoảng
10% của nitơ đưa vào (amoni và nitrit) được chuyển thành nitrat. Do vậy lợi điểm của
quá trình này so với quá trình truyền thống là hiệu quả kinh tế rất cao.


5. Nhược điểm:
Q trình Anammox khó áp dụng cho việc xử lý nước thải thực tế. Trở ngại chính để
ứng dụng q trình Anammox là địi hỏi một giai đoạn bắt đầu lâu dài (long startup
period), chủ yếu là do tốc độ sinh trưởng chậm của vi khuẩn Anammox (thời gian
nhân đơi là khoảng 11 ngày). Thêm vào đó, vi khuẩn Anammox là vi khuẩn yếm khí
và tự dưỡng hồn tồn nên chúng khó để ni cấy. Vì vậy, chúng chưa được phân lập
trong môi trường nuôi cấy thuần túy (pure culture). Do đó, việc am hiểu về sinh lý học
và động lực học của vi khuẩn Anammox là rõ ràng và có ý nghĩa lớn.