Quá trình nitrat hóa ngắn hạn và khử nitrat ngắn hạn là gì?

Trong lĩnh vực khử nitrat sinh học, quá trình nitrat hóa tầm ngắn và khử nitrat tầm ngắn là hai quá trình quan trọng. Chúng vượt qua các con đường nitrat hóa và khử nitrat toàn diện truyền thống và đạt được khả năng loại bỏ nitơ hiệu quả bằng cách điều chỉnh cấu trúc cộng đồng vi sinh vật.

01 Quá trình nitrat hóa ngắn hạn

Quá trình nitrat hóa ngắn hạn đề cập đến quá trình trong đó, trong quá trình khử nitrat sinh học, quá trình oxy hóa nitơ amoniac chỉ được thực hiện đến giai đoạn nitrit thông qua các phương tiện kiểm soát quy trình cụ thể, nghĩa là nitơ amoniac (NH₄⁺) trước tiên được oxy hóa thành nitrit ( NO₂⁻) và nitrit không còn bị oxy hóa thành nitrat (NO₃⁻). Quá trình này chủ yếu phụ thuộc vào việc tăng cường hoạt động của vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB) và ức chế hiệu quả hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa (NOB). Ưu điểm của quá trình nitrat hóa ngắn hạn là làm giảm mức tiêu thụ oxy và nhu cầu nguồn carbon, giảm tải cho giai đoạn khử nitrat tiếp theo và do đó cải thiện hiệu quả khử nitrat của toàn bộ hệ thống.

Các yếu tố ảnh hưởng và chiến lược tối ưu hóa:

Nồng độ DO: DO cần được kiểm soát chặt chẽ ở mức 0,5-1,5 mg/L để ức chế vi khuẩn nitrat hóa và có lợi cho vi khuẩn oxy hóa amoniac.

Giá trị nhiệt độ và pH: Nhiệt độ thích hợp (20-30oC) và môi trường pH trung tính đến kiềm yếu có lợi cho hoạt động ổn định của

quá trình nitrat hóa ngắn hạn.

SRT (tuổi bùn): Việc rút ngắn SRT một cách thích hợp có lợi cho việc nuôi cấy chọn lọc vi khuẩn nitrat hóa trong thời gian ngắn.

Tải trọng ảnh hưởng: Duy trì lượng nitơ amoniac ổn định để tránh làm hỏng hệ thống nitrat hóa tầm ngắn do sốc.

02 Khử nitrat tầm ngắn

Khử nitrat trong phạm vi ngắn đề cập đến việc khử trực tiếp nitrat hoặc nitrit thành khí nitơ (N₂), bỏ qua bước khử NO₃⁻ thành NO₂⁻ trong quy trình khử nitrat thông thường. Quá trình này thường đòi hỏi vi khuẩn khử nitrat đặc biệt có thể sử dụng trực tiếp nitrit làm chất nhận điện tử cho phản ứng khử nitrat trong môi trường thiếu oxy. Quá trình khử nitrat trong phạm vi ngắn không chỉ có thể tránh được sản phẩm trung gian - oxit nitric (NO) được tạo ra trong quá trình khử nitrat truyền thống, giảm áp lực môi trường mà còn cải thiện tốc độ loại bỏ nitơ tổng và tiết kiệm đầu vào nguồn carbon hữu cơ.

Các yếu tố ảnh hưởng và chiến lược tối ưu hóa:

Môi trường thiếu oxy: Các điều kiện thiếu khí nghiêm ngặt là cơ sở của quá trình khử nitrat trong phạm vi ngắn và DO phải được kiểm soát dưới 0,5 mg/L.

giá trị pH: Độ pH trong khoảng 6,0-8,0 có lợi cho sự phát triển và hoạt động của vi khuẩn khử nitrat trong phạm vi ngắn.

Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp (20-30oC) giúp tăng tốc độ khử nitrat.

Loại nguồn carbon và nguồn cung cấp: lựa chọn các nguồn carbon hiệu quả và dễ phân hủy, đồng thời tăng lượng cung cấp carbon một cách thích hợp để thúc đẩy quá trình khử nitrat trong phạm vi ngắn.

Trạng thái dòng chảy và trộn trong lò phản ứng: đảm bảo trộn đều trong lò phản ứng để tránh nồng độ oxy quá cao tại các khu vực cục bộ.

03Làm thế nào để điều chỉnh các cộng đồng vi sinh vật nhằm đạt được quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong thời gian ngắn?

Kiểm soát oxy hòa tan: Việc thực hiện quá trình nitrat hóa ngắn hạn phụ thuộc vào sự ức chế hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa (NOB). Thông thường, nồng độ oxy hòa tan trong lò phản ứng được kiểm soát chặt chẽ để duy trì ở mức thấp, có thể đảm bảo hoạt động bình thường của vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB) và ức chế sự phát triển của NOB.

Điều chỉnh nhiệt độ và pH: Các quần thể vi sinh vật khác nhau có khả năng thích ứng khác nhau với điều kiện môi trường. Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và giá trị pH của lò phản ứng, hoạt động của cộng đồng vi khuẩn mục tiêu có thể được thúc đẩy một cách có chọn lọc. Ví dụ, một số AOB cụ thể có thể có hoạt tính cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn hoặc trong phạm vi pH cụ thể.

Tối ưu hóa SRT (tuổi bùn) và HRT (thời gian lưu thủy lực): Việc thiết lập hợp lý tuổi bùn và thời gian lưu thủy lực của lò phản ứng sinh học có thể giúp làm giàu AOB có chọn lọc đồng thời loại bỏ hoặc ức chế sự tăng sinh của NOB.

Sục khí xen kẽ và xử lý thiếu khí: Sử dụng sục khí gián đoạn hoặc xử lý theo từng giai đoạn để tạo điều kiện môi trường thuận lợi cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat ngắn hạn. Ví dụ, trước tiên chuyển đổi nitơ amoniac thành nitrit trong điều kiện hiếu khí, sau đó nhanh chóng chuyển sang điều kiện thiếu khí hoặc kỵ khí để nitrit bị khử trực tiếp thành nitơ.

Bổ sung chất ức chế: Một số hóa chất có thể được sử dụng làm chất ức chế NOB, chẳng hạn như metanol, isopropanol, v.v., có thể ức chế hiệu quả hoạt động của NOB, nhờ đó đạt được quá trình nitrat hóa ngắn hạn.

Chiến lược bổ sung nguồn carbon: Việc bổ sung nguồn carbon thích hợp có thể điều chỉnh quá trình khử nitrat, do đó nitrit được sử dụng làm chất nhận điện tử trước nitrat, đạt được quá trình khử nitrat trong thời gian ngắn.

Tóm lại, thông qua một loạt các phương pháp kiểm soát quy trình chính xác, các quá trình nitrat hóa và khử nitrat ngắn hạn có thể được thực hiện thành công và vận hành ổn định trong các hệ thống xử lý nước thải, từ đó cải thiện hiệu quả khử nitrat, giảm tiêu thụ năng lượng và giảm tạo ra sản phẩm phụ.