Chu trình Nitơ là một quá trình mà theo đó Nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó (bao gồm sinh học và phi sinh học). Quá trình diễn ra chu trình Nitơ như thế nào? Nó có tác động gì đến quá trình xử lý nước thải? Hãy cùng Biogency Biogency tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Chu trình Nitơ là gì?
Chu trình Nitơ là một quá trình mà theo đó Nitơ bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học.
Quá trình quan trọng trong chu trình Nitơ bao gồm: Sự cố định Nitơ, khoáng hóa, Nitrat hóa, và khử Nitrat. Thành phần chính của khí quyển (khoảng 78,1%) là Nitơ, bởi vậy có thể xem đó là một bể chứa Nitơ lớn nhất.
Chu trình Nitơ mô tả các quá trình chuyển hóa cũng như dạng chuyển hóa tồn tại của Nitơ vào trong các môi trường khác nhau để sinh vật có thể sử dụng và hấp thụ.
Hình 1. Mô tả về chu trình Nitơ.
Chu trình Nitơ diễn ra như thế nào?
Nitơ trong môi trường tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm: Nitơ hữu cơ (như Amoni (NH4+), Nitrit (NO2-), Nitrat (NO3-), Đinitơ Monoxit (N2O), Nitric Oxit (NO) hoặc Nitơ vô cơ như khí Nitơ (N2).
Nitơ hữu cơ có thể ở dạng cơ thể sống, mùn hoặc trong các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy chất hữu cơ.
Quá trình diễn ra chu trình Nitơ biến đổi Nitơ từ dạng này sang dạng khác. Nhiều quá trình trong số đó được thực hiện bởi vi khuẩn, trong nỗ lực thu hoạch năng lượng hoặc tích lũy Nitơ ở dạng cần thiết cho sự phát triển của chúng.
1. Cố định đạm
Thường được gọi là cố định Nitơ, là quá trình biến đổi Nitơ tự do (N2) trong khí quyển thành các hợp chất có Nitơ.
Sản phẩm ban đầu của quá trình này rất đa dạng: Có thể là muối NH3, từ đó tạo nên Amoni (NH4+) hoặc nhiều hợp chất khác.
Điều này rất quan trọng vì Nitơ tự do trong khí quyển là khí trơ, trong cấu tạo phân tử nó có liên kết ba giữa 2 nguyên tử Nitơ rất bền vững, rất khó phản ứng với các hóa chất khác để tạo ra hợp chất mới.
2. 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.
3. 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. Theo quá trình rửa trôi của nước mưa hoặc nước ngầm Amoni này sẽ đi vào nước và gây ô nhiễm nước.
4. Nitrat hóa
Trong giai đoạn Nitrat hóa, sự oxy 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 oxy hóa Nitrit thành Nitrat (NO3).Việc biến đổi Nitrit thành Nitrat là một quá trình quan trọng vì sự tích tụ của Nitrit sẽ gây ngộ độc cho sinh vật trong nước cũng như thực vật.
Hình 2. Sơ đồ chuyển hóa Nitrit và Nitrat trong chu trình Nitơ.
Hình 3. Vi sinh Microbe-Lift N1 – Chứa 2 chủng Nitrosomonas và Nitrobacter giúp thúc đẩy quá trình Nitrat hóa diễn ra mạnh mẽ.
Điều kiện để quá trình Nitrat hóa diễn ra tối ưu:
STT Điều kiện tối ưu Cách điều chỉnh 1 kH > 150 ppm Bổ sung NaHCO3 (nhanh hơn) hoặc Na2CO3 2 DO ≥ 3 ppm Tăng công suất của máy sục khí 3 pH từ 7,0 – 8,5 Bổ sung NaHCO3 hoặc Na2CO3 4 Nhiệt độ: 30 – 36 độ C Tháp giải nhiệt hoặc pha loãng NT (cao) 5 Thời gian lưu bùn > 10 ngày (tuổi bùn) Tính toán thiết kế
5. Khử Nitrat
Quá trình diễn ra chu trình Nitơ kết thúc bằng quá trình Nitrat hóa. Đây là quá trình khử Nitrat 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 oxy trong quá trình hô hấp, từ đó phá vỡ liên kết N-O và hình thành liên kết N-N bền vững hình thành khí N2 và thoát ra khỏi nước. Các vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên này cũng có thể sống trong các môi trường hiếu khí.
Hình 4. Vi sinh Microbe-Lift IND – Chứa chủng Pseudomonas giúp khử Nitrat thành N2 hiệu quả.
Điều kiện hoạt động của vi sinh Microbe-Lift IND để khử Nitrat:
- DO < 0,5 mg/l
- pH = 7,0 – 8,5
- Nguồn carbon: Methanol (CH3OH) ưu tiên vì ko ảnh hưởng pH và Axit acetic (CH3COOH).
- Nhiệt độ: từ 5 đến 30 độ C.
Ý nghĩa của chu trình Nitơ trong xử lý nước thải
Quá trình diễn ra chu trình Nitơ đóng vai trò quan trọng trong xử lý Nitơ ở hệ thống xử lý nước thải. Đặc biệt, quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat đóng vai trò trực tiếp để xử lý nước thải đầu ra đạt chuẩn các chỉ tiêu về Nitơ. Để quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat diễn ra nhanh chóng, cần có sự góp mặt của các chủng vi sinh chuyên biệt.
- Nitrosomonas và Nitrobacter: Thúc đẩy quá trình Nitrat hóa (có trong men vi sinh Microbe-Lift N1).
- Pseudomonas: Tăng cường quá trình khử Nitrat (có trong men vi sinh Microbe-Lift IND)
—-
Liên hệ Biogency để được tư vấn chi tiết về các chủng vi sinh có khả năng thúc đẩy chu trình Nitơ cũng như các phương án nhằm làm tăng hiệu suất của quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat hiệu quả. Hotline liên hệ: 0909 538 514.
>>> Xem thêm: Giải pháp xử lý Nitơ, Amonia bằng men vi sinh Microbe-Lift