• MP team
Vi khuẩn nitrat hóa đóng vai trò quan trọng trong quá trình nitrat hóa để xử lý amoni và nitơ hiệu quả. Bạn hẳn đã nghe quá trình Nitrat hóa được thực hiện bởi hai chủng vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Đây vốn là hai chủng vi khuẩn tự dưỡng. Trong thực tế, có phải chỉ có hai chủng tự dưỡng thực hiện quá trình nitrat hóa? Ngoài Nitrosomonas và Nitrobacter còn có những loại nào?
I. Vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng: Nitrosomonas, Nitrobacter
1. Vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng Nitrosomonas, Nitrobacter là gì?
Các chủng tự dưỡng có khả năng tự tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và nước. Nitrosomonas và nitrobacter là đại diện tiêu biểu của nhóm vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng. Ngoài vi khuẩn Nitrosomonas, nitrobacter còn có Nitrosococcus, Nitrospina, Nitrospira and Nitrococcus.
Đây là chủng rất nhạy cảm với môi trường, ánh sáng, dễ chết đi khi môi trường không thuận lợi. Và khi nguồn Cacbon (BOD) cao, chúng khó cạnh tranh với các vi khuẩn khác. Vì vậy để dùng chủng này hiệu quả, bạn cần giảm BOD về dưới mức 30mg/L. Đây là lý do khi dùng nhóm vi khuẩn này để xử lý amoni, nitơ trong nước thải hoặc nước ao, bạn cần dùng kèm vi sinh xử lý BOD, COD mới có được hiệu quả như mong muốn. Điều này làm tăng đáng kể chi phí để xử lý nước.
2.Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn Nitrat hóa Nitrosomonas, Nitrobacter
So với hầu hết các vi khuẩn dị dưỡng trong nước thải, vi khuẩn tự dưỡng nitrosomonas và nitrobacter phát triển chậm. Ngay cả trong điều kiện tốt nhất, chúng cần tới 12-16 tiếng để phân bào. Các vi khuẩn dị dưỡng phân bào nhanh hơn, chúng phân chia cứ sau 30 – 60 phút.
Tốc độ sinh sôi của vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng bằng khoảng 1/10 so với vi khuẩn kỵ khí, làm suy giảm mật độ nghiêm trọng và tốc độ nitrat hóa giảm. Ngoài ra, sinh vật tự dưỡng phát triển chậm và nhạy cảm hơn với các yếu tố môi trường như hàm lượng oxy hòa tan (DO), độ mặn, ánh sáng và độ kiềm… Điều này hạn chế ứng dụng của chúng trong xử lý nước thải có amoni nồng độ cao (Joo et al. 2005; Beneduce et năm 2014).
3.Sản xuất và bảo quản vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter
Là chủng gram âm không sinh bào tử, các dòng vi khuẩn nitrate hóa nitrosomonas, nitrobacter thường có một dạng ngủ đông là viable but non-culturable state (VBNC). Đây là trạng thái “còn sống nhưng không thể nuôi cấy”, dùng để chỉ vi khuẩn ở trạng thái trao đổi chất rất thấp và không phân chia, nhưng vẫn sống và có khả năng nuôi cấy sau khi được kích hoạt. Vi khuẩn có thể đi vào trạng thái VBNC do căng thẳng, do các điều kiện bất lợi về dinh dưỡng, nhiệt độ, thẩm thấu, oxy và ánh sáng. Các tế bào ở trạng thái VBNC nhỏ hơn về mặt hình thái, chứng tỏ sự vận chuyển chất dinh dưỡng, tốc độ tiêu thụ và tổng hợp các đại phân tử bị giảm. (Nguồn: Wikipedia)
Chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn Nitrosomonas và nitrobacter chỉ có thể tồn tại ở dạng lỏng, với thời gian lưu trữ ngắn do vận chuyển, lưu kho ở nhiệt độ biến động, vi sinh thức dậy, không có dinh dưỡng và chết đi.
II.Vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng: Pseudomonas, Bacillus…
1.Vi khuẩn Nitrat hóa dị dưỡng là gì?
Vi khuẩn dị dưỡng là chủng có khả năng tổng hợp tế bào từ nguồn cacbon lấy từ bên ngoài. Đại diện của vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng là Pseudomonas, Bacillus… Chúng có thể Nitrat hóa ngay cả khi BOD cao như trong nước thải chăn nuôi. Ngược lại với Nitrosomonas và Nitrobacter, Pseudomonas cần thêm cacbon nếu trong nước có BOD thấp. Nguồn cacbon hay được bổ sung là từ mật rỉ đường, đường vàng, đường trắng, glucose…
Với khả năng sử dụng các hợp chất hữu cơ, sinh sôi nhanh chóng, đồng thời đạt được quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời, vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng (HNB) có tiềm năng đáng kể để xử lý nitơ sinh học trong nước thải.
Nghiên cứu về chủng Pseudomonas được đăng trên Tạp chí khoa học đại học Huế – Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn. Tựa bài “Khả năng Nitrat hóa Amoni của chủng vi khuẩn Pseudomonas Aeruginosa TH1…”. Chủng Pseudomonas được phân lập trong trạm xử lý nước thải chăn nuôi heo ở Hà Tĩnh. Khả năng chuyển hóa nồng độ Amoni lên tới 545mg/L. Ở nồng độ Amoni 545mg/L chủng Pseudomonas chuyển hóa 50% trong vòng 48h đầu. Nồng độ NH3 ở mức 50mg/L sẽ được chuyển hóa hết trong vòng 4 ngày.
2.Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn nitrat hóa dị dưỡng:
Các vi khuẩn dị dưỡng vốn phân bào nhanh hơn chủng tự dưỡng. Chúng phân chia cứ sau 20 – 60 phút. Pseudomonas và Bacillus có khả năng sinh bào tử, nên khả năng chống chọi tốt với môi trường khắc nghiệt.
3.Hiện tượng Nitrat hóa dị dưỡng:
Hiện tượng nitrat hóa dị dưỡng được mô tả lần đầu tiên vào năm 1894. Kể từ đó, nhiều báo cáo đã chứng minh rằng việc chuyển hóa amoni thành nitrit/nitrat không bị giới hạn bởi các chủng tự dưỡng. Hơn nữa, quá trình nitrat hóa dị dưỡng có nhiều ưu điểm hơn hẳn các chủng tự dưỡng:
- Quá trình nitrat hóa và khử nitrat diễn ra đồng thời, làm giảm yêu cầu lắp đặt hai bể riêng biệt
- Vi khuẩn dị dưỡng sinh sôi nhanh chóng, đảm bảo đủ mật độ để làm xử lý amoni, nitơ
- Chủng dị dưỡng thích nghi với môi trường tốt hơn. Không dễ chết bằng chủng tự dưỡng khi môi trường thay đổi
- Vi khuẩn dị dưỡng dễ dàng đóng gói dạng bột. Thời gian lưu trữ lâu (2 năm) và vận chuyển thuận tiện
4.Sản xuất và bảo quản:
Các chủng vi sinh nitrat hóa dị dưỡng có dạng bào tử, do đó chúng dễ sản xuất và bảo quản. Chỉ cần đưa vào môi trường thích hợp cho chúng sinh bào tử rồi sấy khô. Thời hạn bảo quản có thể lên đến vài năm.
III. Khí độc Nitrit (NO2) trong ao tôm cá
1.Khí độc Nitrit trong ao tôm cá
- Khí độc Nitrit (NO2) thâm nhập vào cơ thể cá qua mang: tại vùng pH rất thấp nitrit tồn tại ở trong phân tử axit nitơ (HNO2) trung hòa vì nó là axit yếu. Tuy nhiên trong điều kiện pH thông thường Nitrit tồn tại ở dạng anion NO2. Như vậy nó xâm nhập vào cơ thể cá như ion Clorua (CL-). Khi vào máu Nitrit oxy hóa sắt hóa trị 2 (Fe2+) trong Hemoglobin thành sắt hóa trị 3 (Fe3+) làm máu chuyển dạng máu nâu, có thể nhận biết rõ khi tỉ lệ máu này vượt quá 20% . Hiện tượng trên thường được biết đến với tên gọi “ Bệnh máu màu nâu” và thành phần chứa sắt hóa trị +3 có tên gọi là methemoglobin
2.Sự nguy hiểm của Methemoglobin
Methemoglobin không có khả năng vận chuyển oxy vì thế ảnh hưởng đến quá trình hô hấp, trao đổi chất của cá. Mức độ tác động xấu phụ thuộc vào tỷ lệ methemoglobin trong máu, và được quyết định bởi tốc độ hấp thụ nitrit cũng như tốc độ hồi phục Hemoglobin từ Methemoglobin nhờ hệ enzyme reductase trong máu.
Máu chứa nhiều Methemogobin giảm khả năng vận chuyển oxy cho tế bào hạn chế hoạt động của nó và đồng thời giảm khả năng chống nhiễm khuẩn của thủy động vật. Khả năng chịu đựng Nitrit của các loài cá khác nhau và cơ sở của sự khác biệt đó liên quan đến cơ chế về khả năng hấp thụ Nitrit và clorua có trọn lọc hay không. Một số loài cá trong mang hấp thụ dạng tích cực, không phân biệt giữa Nitrit và clorua thì nồng độ Nitrit trong máu cao nên dễ bị ngộ độc bởi Nitrit, đó là cá rô phi, cá chép và cá da trơn hay cá hồi suối phần lớn các loài cá thông dụng.
3.Kiểm soát khí độc Nitrit NO2
Do Nitrit và clorua thâm nhập vào máu theo cùng cơ chế nên lượng nitrit trong máu phục thuộc vào tỉ lệ giữa Clorua và Nitrit trong môi trường. Tăng nồng độ clorua hay giảm nồng độ Nitrit trong môi trường đều là yếu tố giảm nitrit, tức là giảm methemoglobin trong máu. Đó chính là giải pháp rẻ tiền xử lý khi môi trường tích tụ nhiều Nitrit – đưa thêm muối ăn vào môi trường.
Cách tốt nhất vẫn là giải pháp xử lý khí độc NO2 bằng vi sinh giảm khí độc. Vi sinh giảm khí độc sẽ hấp thụ và chuyển hóa NO2 thành chất ít độc. Giải pháp này vừa giảm khí độc trong ao vừa giúp làm sạch nước. Các chủng vi sinh đó có trong sản phẩm vi sinh giảm khí độc Pond start của hãng Proventus Canada.
IV. 7 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Amoni (NH4+/NH3) trong nước
• MP team
Đạm trong môi trường nước tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do sự chuyển hóa qua lại của chúng. Cụ thể đạm có thể tồn tại dưới dạng vô cơ, hữu cơ hòa tan hoặc không hòa tan. Các hợp chất vô cơ hòa tan chủ yếu tồn tại ở dạng NH3-N, NH4+-N, NO2–-N, NO3–-N. Đạm ở dạng hữu cơ chuyển hóa qua dạng vô cơ qua nhiều bước khác nhau. Đầu tiên qua các quá trình amon hóa các dạng đạm hữu cơ này dưới tác dụng của vi sinh vật tạo thành NH3-N, NH4+-N. Đạm amon này sẽ được chuyển hóa thành NO2–-N qua quá trình nitrat hóa.
Trong điều kiện yếm khí khử Nitrat, Nitrite và đạm amon xảy ra với nhiều sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí như Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus, Acaligenes,… cuối quá trình sẽ chuyển hóa tạo thành khí N2O và N2 thoát vào không khí.
Để thúc đẩy quá trình xử lý Amoni, 7 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Amoni.
1.Nồng độ oxy hòa tan
Quá trình chuyển hóa đạm trong nước chịu ảnh hưởng bởi oxy hòa tan, vì các quá trình xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Quá trình chuyển hóa thấp nhấp tại DO = 0.5mg/L, tốc độ chuyển hóa bình thường tai DO = 2.5mg/L và tốc độ cực đại tại DO = 6.0mg/L. Theo lý thuyết, 1mg NH4+ cần 4.57mgO2/L.
2. Ảnh hưởng của pH và độ Kiềm
Hoạt động của vi sinh vật tham gia vào quá trình chuyển hóa đạm. Hoạt tính của vi sinh vật tốt nhất ở pH ở 7.5-8.5. Giá trị pH dưới 6 hoặc cao hơn 10 sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật. Độ kiềm là 1 yếu tố quan trọng trong quá trình chuyển hóa đạm trong nước vì quá trình tham giá quá trình này là các vi sinh vật tự dưỡng sử dụng carbon vô cơ dưới dạng bicarbonate làm nguồn cung cấp carbon. Nghiên cứu chỉ ra rằng 1mg NH4+ cần 7.1mg độ kiềm.
3.Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp cho quá trình chuyển hóa đạm vô cơ là từ 4-45 độ C, nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 26-28 độ C. Khi nhiệt độ của nước tăng 10 độ C (trong khoảng nhiệt <40 độ C) thì quá trình phân hủy đạm hữu cơ tăng gấp đôi. Vật chất hữu cơ xảy ra nhanh ở pH 7-8.
4.Ảnh hưởng của chất hữu cơ
Nhiều hợp chất hữu cơ gây ức chế quá trình phát triển của vi sinh vật chuyển hóa đạm. Nguyên nhân nhóm vi khuẩn chuyển hóa chất hữu cơ cũng cạnh tranh với nhóm vi khuẩn chuyển hóa đạm. Hàm lượng chất hữu cơ đầu vào ổn định là cơ sở ổn định hàm lượng đạm đầu ra của hệ thống xử lý nước thải.
5.Ảnh hưởng của SRT ( thời gian lưu)
SRT có ảnh hưởng đến quá trình Nitrat hóa. Thời gian lưu bùn tối thiểu 10 ngày mới đảm bảo quá trình chuyển hóa đạm. Thời gian lưu bùn lâu hơn 15 ngày có thể làm bất hoạt một phần vi sinh chuyển hóa đạm. Thời gian lưu bùn ngắn làm thiếu hụt lượng vi sinh chuyển hóa đạm trong hệ thống xử lý nước thải.
6.Chất ức chế
Trong môi trường ao nuôi việc lạm dụng kháng sinh và hóa chất trong xử lý nước có tác dụng tiêu cực đến hoạt tính của vi sinh chuyển hóa đạm. Cần kiểm tra nồng độ kháng sinh và hóa chất trong nước ao để có giải pháp hạn chế tiêu cực.
7.Lựa chọn nhóm vi sinh xử lý Amoni
Các chủng vi sinh xử lý Amoni có sẵn trong tự nhiên thường đáp ứng được với nồng độ Amoni thấp. Khi nồng độ Amoni vượt quá 20mg/L thì khả năng xử lý sẽ giảm dần. Vì thế việc bổ sung chủng vi sinh xử lý Amoni mật độ cao như vi sinh BIO TREE GO, là điều cần thiết. Khả năng tồn tai lâu trong nước của sản phẩm này cũng là ưu điểm giúp quá trình xử lý Amoni được ổn định.
Trên đây là 7 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Amoni. Khi có kết quả phân tích chúng ta sẽ điều chỉnh để các thông số về được mức tối ưu. Từ đó hiệu quả xử lý amoni sẽ tăng dần.
