Anammox

Hotline: 1800 1522

Ứng dụng tiện ích

App yeumoitruong.vn

App Store Google Play

App Gom Rác GRAC

App Store Google Play

Chia sẻ trang

daibangxanh

Cây cổ thụ
An toàn hóa chất | an toàn lao động | Sự cố tràn dầu | Bộ ứng cứu tràn đổ 25L
Anammox ( Anaerobic Ammonia Oxidation )

Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơ mới chưa được biết đến trước đó về cả lý thuyết và thực nghiệm đã đựơc phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí ammonium (Anaerobic Ammonium Oxidation, viết tắt là AnAmmOx ). Trong đó ammonium được oxy hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hưu cơ, để tạo thành nitơ phân tử (Strouss và cs.,1995).
Sự phát hiện phản ứng anammox đã mở ra các hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với các nước thải có hàm lượng nitơ cao. Trong vòng 2 thập niên qua, đã bùng nổ các nghiên cứu có liên quan đến anammox và ứng dụng của nó. Trên bình diện lý thuyết, chu trình nitơ tự nhiên trong sãh giáo khoa đã được bổ sung một mắt xích mới, còn trên bình diện công nghệ, đã có nhà máy xử lý nitơ phi truyền thống được xây dựng và vận hành.

Thật ra, phản ứng anammox đã được dự báo từ trước khi phát hiện ra nó (Broda,1977).Trên cơ sở tính tóan nhiệt động học, Broda đã dự báo về sự tồn tại của vi khuẩn hóa tự dưỡng có khả năng oxy hóa ammonium bởi nitrat, nitrit và thậm chí về mặt năng lượng còn dễ xả ra hơn sự oxy hóa bởi oxy phân tử:
NH4+ + NO2- N2 + 2H2O G0 = -357 Kj/mol
5NH4+ + 3NO3- 4N2 + 9H2O + 2H+ G0 = -297 Kj/mol
NH4+ + 1.5O2 NO2- +2H+ +H2O G0 = -275 Kj/mol

Mãi 17 năm sau bằng chứng thực tế đầu tiên của phản ứng anammox mới được thực hiện ở một bể denitrat hóa dùng để xử lý nước lắng của bể phân hủy bùn tại Gist-brocades (Deft,Hà Lan) (Mulder et al., 1995). Qua theo dõi sự cân bằng nitơ, các tác giả đã phát hiện thấy sự giãm đồng thời nồng độ ammonium và nồng độ nitrat, nitrit cùng sự tạo thành nitơ phân tử ở điều kiện kỵ khí.

Nhóm các nhà khoa học thuộc Đạinhọc Kỹ thuật Deft (TU- Deft) sau đó đã tiến hành các nghiên cứu mô tả và xác nhận ban đầu về quá trình anammox(van de Graaf et al., 1995,1996và 1997). Theo đó, anammox được xác định là một quá trình sinh học, trong đó ammonium được oxy hóa trong điều kiện kỵ khí với nitrit là yếu tố nhận điện tử để tạo thành nitơ phân tử.

Tiếp theo đó phản ứng anammox cũng đã lần lượt được phát hiện và nhận dạng tại các hệ thống xử lý nước thải bởi các nhà khoa học Đức (Schmid et al., 2000), Nhật bản (Furukawa et al., 2000), Thụy sĩ (Egli et al., 2001), Bỉ (Pynaert et al., 2002), và Anh (Schmid et al., 2003).
Từ sự phát hiện trên (trong các hệ xử lý nước thải) các nhà khoa học đi đến việc tìm kiếm vi khuẩn anammox tại các hệ sinh thái tự nhiên. Thực vậy, đã chứng minh được rằng phản ứng anammox giữ 50% vai trò tạo khí nitơ trong tầm tích biển Baltic (Thamdrup và Dalsgaard,2002), trong vùng nước thiếu khí dưới đáy đại dương ở Costa Rica (Dalsgaard et al., 2003). Các vi khẩn anammox thuộc một chi mới cũng vừa mới phát hiện được trong vùng nước gần đáy Biển Đen (Kuypers et al., 2003).
Trên cơ sở các phát hiện mới về phản ứng anammox và các vi khuẩn tham gia mà chu trình chuyển hóa nitơ tự nhiên ghi nhận trong các sách giáo khoa trước đây nay đã được bổ sung một mắc xích mới và viết lại

Vào những thập niên 80-90 của thế kỷ 20, một số nghiên cứu ở Đức và Hà Lan đã cho thấy rằng quá trình nitrate hoá và khử nitrate không phải là cơ chế duy nhất cho quá trình khử nitơ trong nước thải. Đến năm 1995, Mulder và các cộng sự đã tìm ra một cơ chế khác của quá trình khử nitơ và gọi tên là Anammox với chủng vi khuẩn chủ yếu của quá trình là Planctomycetables với 3 nhóm: Scalindua, Brocadia anammoxidans và Kuenenia stuttgartiensis.
 

daibangxanh

Cây cổ thụ
An toàn hóa chất | an toàn lao động | Sự cố tràn dầu | Bộ ứng cứu tràn đổ 25L
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox

Quá trình khử nitơ bằng hệ vi khuẩn Anammox có thể chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Quá trình nitrate hóa bán phần (partial nitrification)
Giai đoạn 2 : Quá trình Anammox (anaerobic ammonium oxidation)

Quá trình nitrate hóa/nitrification là quá trình oxy hóa hiếu khí NH3 thành NO3- dưới tác dụng của hệ bùn hoạt tính hiếu khí. Một vài loài vi sinh vật dị dưỡng có thể oxy hóa trực tiếp ammonium thành nitrate nhưng số lượng này rất nhỏ và hiếm gặp(Pynaert, 2003). Quá trình nitrate hóa thường gồm 2 giai đoạn. Trước tiên, NH3 bị oxy hóa thành HNO2 bởi ammonia-oxidizing bacteria (XNH), quá trình này còn gọi là nitritation. Tiếp theo HNO2 bị oxy hóa thành NO3 bởi nitrite oxidizing bacteria (XNO) và quá trình này gọi là nitratation. Chưa có loài vi sinh vật dị dưỡng nào có khả năng oxy hóa NH3 trực tiếp thành NO3- được ghi nhận (Abeliovich, 1992).

Ở đây ta ứng dụng quá trình nitrate hóa bán phần nhờ vi sinh vật tự dưỡng chuyển hóa NH3 thành HNO2, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đó đã được trình bày trong phần nitrate hóa ở trên.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitơ bằng hệ vi sinh vật Anammox:
a. TAN, TNO2, NO3
Quá trình Anammox không bị ức chế bởi nồng độ tổng nitơ amonia TAN hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình nitrate hóa ở nồng độ tối đa là 1gN/L. Vi khuẩn có thể bị ức chế khi nồng độ TNO2 vượt quá 100 mgTNO2-N/L, Strous et al. (1999). Fux (2003) chỉ ra rằng sự tồn tại TNO2 với nồng độ 40 mgTNO2-N/ L kéo dài nhiều ngày có thể ức chế hệ vi khuẩn Anammox.
Đáng chú ý là khả năng thích nghi rất khác nhau của các loài trong hệ vi khuẩn Anammox. Sự ức chế mà Strous et al. (1999) phát hiện là khi nghiên cứu trên loài Candidatus Brocadia anammoxidans. Theo nghiên cứu của Egli et al. (2001) với loài Candidatus Kuenenia stuttgartiensis thì vi khuẩn này chỉ bị ức chế khi nồng độ vượt quá 182 mgTNO2-N/L.
Hơn nữa , theo nghiên cứu của Strous et al. (1999b) khi tăng nồng độ TNO2 có thể làm thay đổi tỷ lệ tiêu thụ của TAN và TNO2 từ 1,3 gTNO2-N/gTAN-N ở nồng độ 0,14 gTNO2-N/L lên 4gTNO2-N/gTAN-N ở nồng độ 0,7 gTNO2-N/L.
Như vậy hệ vi sinh vật có khuynh hướng sử dụng TNO2 nhiều hơn khi nồng độ TNO2 tăng lên trong nước thải.

b. DO
Quá trình Anammox dễ bị ảnh hưởng bời các yếu tố lý hóa trong đó có nồng độ oxy trong nước thải . oxy có thể ức chế vi khuẩn Anammox khi nồng độ DO lớn hơn 0,01 mgO2/L (van de Graaf et al., 1996).
Tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể nào về sự ảnh hưởng này.

c. Phosphate
Sự ức chế của nồng độ phosphate đối với 2 loài CandidatusBrocadia anammoxidans và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis là khác nhau và được ghi nhận qua nhiều nghiên cứu. Van de Graaf et al. (1996) đã nghiên cứu trên loài Candidatus Brocadia anammoxidans và ghi nhận được sự suy giảm hoạt tính của vi khuẩn khi nồng độ phosphate lớn hơn 155 mgPO43-/L.
Trong khi đó, Egli et al. (2001) không ghi nhận được sự ức chế của phosphate đối với loài Candidatus Kuenenia stuttgartiensis khi nồng độ phosphate tăng lên đến 620 mgPO43-/L.
Tuy nhiên, khi nghiên cứu theo mẻ sử dụng hệ bùn cao tải lấy từ RBC (lab-scale rotating biological contactor) có loài Candidatus Kuenenia stuttgartiensis, nhận thấy nồng độ phosphate có ảnh hưởng một phần đến hệ vi khuẩn Anammox (Pynaert et al., 2003). Hoạt tính của vi khuẩn Anammox giảm xuống còn 63% so với hoạt tính thông thường khi nồng độ phosphate là 55 mgPO43-/L và giảm xuống còn 20% ở nồng độ 110 mgPO43-/L. Ở nồng độ 285 mgPO43-/L hệ vi khuẩn Anammox bị giảm hoạt tính 80%.

d. Nhiệt độ và pH
Theo Egli et al. (2001), loài Candidatus Brocadia anammoxidans thích hợp với nhiệt độ khoảng 370C. ngưỡng nhiệt độ của loài Candidatus Brocadia anammoxidans là 100C và 430C và hoạt tính tối ưu ở 370C (Strous et al., 1999b). Nhiệt độ tối ưu cho hệ vi khuẩn Anammox theo Dalsgaard và Thamdrup (2002) lại là 150C. tương tự, Rysgaard et al. (2004) cho rằng nhiệt độ tối ưu cho hệ Anammox là 120C.
pH tối ưu cho hoạt động của hệ vi khuẩn Anammox là 6.7 - 8.3.
Chưa có nghiên cứu cụ thể nào về nhiệt độ và pH hoạt động tối ưu cho loài Scalindua Anammox do mới được phát hiện trong thời gian gần đây.

e. Nồng độ sinh khối
Nồng độ sinh khối đóng một vai trò quyết định trong hoạt động của hệ vi khuẩn Anammox. Strous et al. (1999) đã chỉ ra rằng hệ vi khuẩn Anammox chỉ hoạt động khi nồng độ tế bào đạt trên 1010-1011 tế bào/ml. Cơ chế này có thể được giải thích bởi sự cộng hưởng các pholymer mgoại bào của hệ vi sinh vật để nâng cao hoạt tính (Hellingwerf et al., 1998).

f. Các yếu tố khác
Một số nghiên cứu về hệ vi khuẩn Anammox của Van de Graaf et al. (1996) cho thấy rằng một số nguồn carbon như acetate, glucose và pyruvate có ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của hệ vi khuẩn Anammox.
Tính hoạt hóa của vi khuẩn Anammox có thể bị ức chế dưới ánh sáng mặt trời. Hoạt tính của vi khuẩn anammox có thể giảm 30 - 50 % dưới ánh nắng mặt trời Van de raaf et al. (1996). Chính vì vậy các thiết bị dùng để nghiên cứu hệ vi khuẩn Anammox nên được để tránh ánh sáng.
 

daibangxanh

Cây cổ thụ

anhgata

Cỏ 3 lá
Bài viết
54
Nơi ở
KURITA.GK CHEMICAL CO.,LTD
Website
kurita.co.th
scroll-topTop