Quá trình khử các hợp chất nitơ trong nước thải

XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Đề tài: Quá trình khử các hợp chất nitơ trong nước thải


NỘI DUNG

1.
2.
3.
4.
5.

Tổng quan khử các hợp chất nitơ trong nước thải.
Tác hại của hợp chất nitơ
Quá trình xảy ra khi khử nitơ và ứng dụng
Các phương pháp xử lý
Kết luận


TỔNG QUAN KHỬ CÁC HỢP CHẤT NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

•

Trạng thái tồn tại của nitơ trong nước thải: các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3
dạng:

-

Các hợp chất hữu cơ
Amoni

Các hợp chất dạng oxy hóa (nitrit và nitrat)

* Các hợp chất nitơ là các chất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ
yếu là nhờ các quá trình sinh hóa.


•

Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thành
phần phân hủy protein như là các peptid, axit amin, ure.

•

Hàm lượng amoniac: chính là lượng nitơ amon trong nước thải sinh hoạt, nước
thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể rất cao. Các tác
nhân gây ô nhiễm nitơ trong nước thải công nghiệp như chế biến sữa, rau quả, đồ
hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da.


TÁC HẠI CỦA NITƠ

•
-

Tác hại của nitơ đối với sức khỏe cộng đồng

-

Khi xử lý nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất nitơ đi vào chuỗi thức ăn
hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm như: thiếu vitamin,

ung thư ở người cao tuổi…

Sự có mặt của nitơ trong nước thải có thể gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ sinh
thái và sức khỏe cộng đồng. Khi nước thải có nhiều Amoniac có thể gây độc cho
cá và hệ động vật thủy sinh, làm giảm lương oxy hòa tan trong nước.


Tác hại của ô nhiễm nitơ với môi trường

•

Nitơ 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
rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất
lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh nhiều chất
độc trong nước như NH4+, H2S, CO2, CH4... tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích
trong nước. Hiện tượng đó gọi là phú dưỡng nguồn nước


  Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước
thải. Đặc biệt là tại khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch đều có màu
xanh đen hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát khí H2S.
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.


Tác hại của Nitơ đối với quá trình xử lý nước

•
•

 Sự có mặt của Nitơ có thể gây cản trở cho các 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 xử lý Nitơ trong giai đoạn hiện nay đang là vấn đề
đáng được nghiên cứu và ứng dụng.Vấn đề này đã được các nhà nghiên cứu, các
học giả đi sâu tìm hiểu


QUÁ TRÌNH XẢY RA KHI KHỬ HỢP CHẤT NITO VÀ ỨNG DỤNG

•

Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hữu
cơ

+
như ammoni (NH4 ), nitrit (NO2), nitrat (NO3) nitơ

ôxit (N2O), nitric

ôxit (NO), hoặc nitơ vô cơ như khí nitơ (N2). Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các
sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các
vật chất hữu cơ.


•

Các quá trình trong chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ một dạng này sang dạng
khác. Một số quá trình này được tiến hành bởi các vi khuẩn, qua quá trình đó

hoặc để chúng lấy năng lượng hoặc để tích tụ nitơ thành một dạng cần thiết cho
sự phát triển của chúng.


SƠ ĐỒ THỂ HIỆN CÁCH MÀ CÁC QUÁ TRÌNH NÀY TƯƠNG THÍCH VỚI NHAU ĐỂ TẠO
RA CHU TRÌNH NITƠ.


1.
2.
3.
4.
5.
6.

Cố định đạm
Đồng hóa nitơ
Amoni hóa
Nitrat hóa
Khử nitrat
Ôxy hóa amoni kỵ khí


Quá trình cố định đạm

•

Nitơ chiếm một thể tích lớn trong không khí nhưng đa số vi sinh vật không sử
dụng nguồn vô cơ này, chỉ có một số hấp thụ dạng này. Qua hoạt động sống của
vi sinh vật nitơ phân tử chuyển thành nitơ hữu cơ, hoạt động này được gọi là cố

định nitơ phân tử.


ĐỒNG HÓA NITƠ

 Thực

vật lấy nitơ trong đất bằng cách hấp thụ chúng qua rễ cây ở
dạng ion nitrat hoặc amoni. Tất cả nitơ mà động vật tiêu thụ có thể quay ngược
trở lại làm thức ăn cho thực vật ở một vài giai đoạn trong chuỗi thức ăn.


•
•

Thực vật có thể hấp thụ các ion nitrat hoặc amoni từ đất thông qua lông của rễ,
đây là quá trình khử đầu tiên là các ion nitrat và sau đó là các amoni cho việc
tổng hợp thành amino axit, nucleic axit, và diệp lục.
Trong các loài thực vật có mối quan hệ hỗ sinh với rhizobia, một vài nitơ được
đồng hóa trực tiếp thành dạng các ion amoni từ các nốt. Động vật, nấm, và các
sinh vật dị dưỡng khác tiêu thụ nitơ từ việc ăn các amino axit, nucleotide và các
phân tử hữu cơ nhỏ khác.


AMONI HÓA

 Khi thực vật hoặc động vật chết đi thì dạng ban đầu của nitơ là chất hữu cơ. Vi

khuẩn hoặc nấm, trong một số trường hợp, chuyển đổi nitơ trong xác của chúng
thành amoni (NH4+), quá trình này được gọi là quá trình amoni hóa hay  khoáng

hóa.


NITRAT HÓA

 Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi

khuẩn sống trong đất và các loại vi khuẩn nitrat hóa khác. Trong giai đoạn nitrat
hóa đầu tiên này, sự ôxy hóa amoni (NH4+) được tiến hành bởi các loài vi
khuẩn Nitrosomonas, quá trình này chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO2-). Các
loại vi khuẩn khác như Nitrobacter có nhiệm vụ ôxy hóa nitrit thành nitrat
(NO3-). Việc biến đổi nitrit thành nitrat là một quá trình quan trọng vì sự tch tụ
của nitrit sẽ gây ngộ độc cho thực vật.


•
•

Do khả năng hòa tan rất cao nên nitrat có thể di chuyển vào trong nước ngầm.
Nồng độ nitrat cao trong nước ngầm là một mối quan tâm đối với nước uống vì
nitrat có thể xen vào ngăn cản sự hòa tan của ôxy trong máu của trẻ sơ sinh và
gây bệnh methemoglobinemia hoặc hội chứng trẻ da xanh. 
Ở nơi mà nước ngầm bổ cấp cho sông suối, nước ngầm có hàm lượng nitrat cao
có thể góp phần vào hiện tượng phú dưỡng, đây là một hiện tượng làm tăng số
lượng tảo, đặc biệt là các loài tảo lục và gây chết các loài thủy sinh do chúng tiêu
thụ hết lượng ôxy trong nước.


KHỬ NITRAT

 Đây là quá trình khử nitart thành khí nitơ (N2), hoàn tất chu trình nitơ. Quá trình này

xảy ra nhờ các loại vi khuẩn như Pseudomonas và Clostridium trong môi trường kỵ
khí. Chúng sử dụng nitrat làm chất nhận electron từ ôxy trong quá trình hô hấp. Các
vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên này cũng có thể sống trong các môi trường hiếu khí.


OXY HÓA AMONI KỴ KHÍ

 Trong quá trình này, nitrit và amoni bị biến đổi trực tiếp thành khí nitơ. Quá trình
này tạo nên phần lớn nito trong đại dương.

 NH4+ + NO2− → N2 + 2H2O.


CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

•

Đã có nhiều phương pháp nhiều công trình xử lý nitơ trong nước thải được
nghiên cứu và đưa vào vận hành trong đó có cả các phương pháp hóa học, sinh
học, vật lý …

•

Điển hình là xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học như sau:


•

 Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, nitơ amôn
sẽ được chuyển thành nitrit và nitrat nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas và
Nitrobacter. Khi môi trường thiếu ôxy, các loại vi khuẩn khử nitrat  Denitrificans
(dạng kỵ khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy của nitrát (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá
chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.


Nitrat hóa

•

Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng (năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn
được lấy từ các hợp chất ôxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amôni. Ngược với các vi
sinh vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các
nguồn các bon 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 lần
so với sinh khối tạo thành của quá trình dị dưỡng.


•

Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amôni được chia làm hai bước và có liên quan tới
hai loại vi sinh vật , đó là vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. ở giai
đoạn đầu tiên amôni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được
chuyển thành nitrat

•
•

Bước 1. NH4-   + 1,5 O2  à NO2- + 2H+ + H2O

Bước 2.    NO-2  +   0,5 O2     à     NO3-


•

Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ
các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng
hợp quá trình bằng phương trình sau :

•
•

NH4-   +  2 O2  à NO3- + 2H+ + H2O  (*)

•

4CO2 +  HCO3- + NH+4 + H2O  à  C5H7O2N   +   5O2

Cùng với quá trình thu năng lượng, một số iôn Amôni được đồng hoá vận chuyển
vào trong các mô tế bào. Quá trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng
phương trình sau :