Download miễn phí Khóa luận Tìm hiểu một vài quá trình sinh học loại bỏ Nitơ trong nước thải
MỤC LỤC
Trang
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH ẢNH vi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 2
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu 2
1.2.2. Nội dung nghiên cứu 2
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu 2
1.3. Ý nghĩa của đề tài 2
CHƯƠNG 2: NGUỒN GỐC, CÁC DẠNG TỒN TẠI 3
2.1. Các dạng tồn tại của Nitơ trong môi trường nước 3
2.2. Nguồn gốc của các hợp chất chứa Nitơ trong nước 4
2.2.1. Nguồn nước thải sinh hoạt 4
2.2.2. Nguồn nước thải công nghiệp 5
2.2.3. Nguồn thải từ nông nghiệp và chăn nuôi 6
2.2.4. Nước rác 8
2.3. Ảnh hưởng của các hợp chất chứa Nitơ đến môi trường 8
2.3.1. Tác hại của Nitơ đối với sức khỏe cộng đồng 8
2.3.2. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường 9
2.3.3. Tác hại của Nitơ đối với quá trình xử lý nước 10
CHƯƠNG 3: BẢN CHẤT CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 11
3.1. Sơ lược về chu trình của Nitơ trong môi trường nước tự nhiên 11
3.2. Các quá trình sinh học chuyển hóa các hợp chất chứa Nitơ được ứng
dụng để xử lý nước và nước thải 14
3.2.1. Quá trình amon hóa 14
3.2.1.1 Amon hóa urê 14
3.2.1.2 Amon hóa protein 14
3.2.2. Quá trình nitrate hóa 15
3.2.2.1. Giai đoạn nitrite hóa 16
3.2.2.2. Giai đoạn nitrate hóa 16
3.2.3. Quá trình phản nitrate 16
3.2.4. Quá trình oxy hóa kỵ khí amoni (Anammox) 18
3.2.4.1. Hóa sinh học của Anammox 18
3.2.4.2. Vi sinh học của Anammox 19
3.2.5. Quá trình đồng hóa Nitơ ở thực vật nước 19
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 23
4.1. Một số ứng dụng của quá trình nitrat hóa để xử lý Nitơ trong nước và
nước thải 23
4.1.1. Bể Aerotank kết hợp Nitrat hóa 24
4.1.2. Bể lọc sinh học kết hợp Nitrate hóa 25
4.1.3. Đĩa quay sinh học kết hợp Nitrat hóa 26
4.2. Một số ứng dụng của quá trình khử nitrate để xử lý Nitơ trong nước và nước
thải 27
4.2.1. Bể anoxic 27
4.2.2. Bể lọc sinh học 29
4.3. Tổ hợp các quá trình nitrate hóa và khử nitrate để loại bỏ Nitơ trong nước
và nước thải 29
4.3.1. Hệ xử lý khử nitrate đặt trước 31
4.3.2. Hệ xử lý nitrate đặt sau 31
4.3.3. Hệ tổ hợp Bardenpho 32
4.4. Các ứng dụng của quá trình Anammox 32
4.4.1. Nguyên lý chung 32
4.4.2. SHARON và quá trình kết hợp SHARON-Anammox 32
4.4.3. CANON 33
4.4.4. OLAND 33
4.4.5. SNAP 34
4.5. Ứng dụng thực vật bậc thấp hấp thu hợp chất nito trong nước thải 34
4.5.1. Xử lý nước thải bằng tảo 34
4.5.2. Bèo tây 37
4.5.3. Hệ xử lý trồng thảm lau sậy 49
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 42
5.1. Kết luận 42
5.2. kiến nghị 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-12-27-khoa_luan_tim_hieu_mot_vai_qua_trinh_sinh_hoc_loai.C523UyBPz9.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-52621/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
n khác sẽ thông qua quá trình khử amin tạo thành NH3 và nhiều sản phẩm trung gian khác. Sự khử amin có thể xảy ra theo các cách sau:
R – CH(NH 2)COOH à R – CHCOOH + NH3
R – CH(NH 2)COOH +H2O à R – CH2OH – COOH + CO2 + NH3
R – CH(NH 2)COOH + ½ O2 à R – CO – COOH + NH3
R – CH(NH 2)COOH + O2 à R – COOH + CO2 + NH3
R – CH(NH 2)COOH +H2O à R – CO – COOH +NH3 + 2H
Một số axit amin bị deamin hóa bởi VSV nhờ enzym deaminase, một trong những sản phẩm cuối cùng là amon. Nhiều vi sinh vật có khả năng amon hóa protein. Trong nhóm vi khuẩn có Bacillus mycoides, Bacillus mesentericus, Bacillus subtilis, Pseudomona fluorescens, Clostridium sporogenes... Xạ khuẩn có Streptomtces rimosus, Stretomyces griseus..
3.2.2. Quá trình nitrate hóa
Quá trình nitrate hoá là quá trình oxy hoá sinh hoá Nitơ các muối amon, đầu tiên thành nitrite và sau đó thành nitrate dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện thích ứng.
Vi khuẩn tham gia quá trình nitrate hóa gồm hai nhóm:
Vi khuẩn nitrite oxy hóa amoniac thành nitrite (giai đoạn 1).
Vi khuẩn nitrate oxy hóa nitrite thành nitrate (giai đoạn 2).
Các phản ứng được biểu diễn qua các phương trình sau:
2 NH3 + 3 O2 2 HNO2 + 2 H2O (giai đoạn 1)
2 HNO2 + O2 2 HNO3 (giai đoạn 2)
Tốc độ của giai đoạn thứ nhất xảy ra nhanh gấp ba lần so với giai đoạn thứ hai. Bằng thực nghiệm, người ta đã chứng minh rằng lượng oxy tiêu hao để oxy hóa 1mg Nitơ của muối amon ở giai đoạn nitrite là 343 mg O2. Sự có mặt của nitrate trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hóa hoàn thành các chất bẩn hữu cơ.
Quá trình nitrite hóa còn có một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nước thải. Trước tiên nó phản ánh mức độ khoáng hóa các chất hữu cơ như đã trình bày ở trên. Nhưng quan trọng hơn quá trình nitrate hóa còn tích lũy được một lượng oxy dự trữ có thể dùng để oxy hóa các chất hữu cơ không chứa Nitơ khi lượng oxy tự do (oxy hòa tan) đã tiêu hao hoàn toàn.
3.2.2.1. Giai đoạn nitrite hóa
NH4+ + 3/2 O2 NO2- + H2O + 2H+ + Năng lượng
Là giai đoạn oxy hóa NH4+ tạo thành NO2- được tiến hành bởi các vi khuẩn nitrite hóa thuộc nhóm tự dưỡng hóa năng, có khả năng oxy hóa NH4+ bằng oxy không khí và tạo ra năng lượng.
Năng lượng để đồng hóa CO2 tạo ra carbon hữu cơ. Enzym xúc tác cho quá trình này là các enzym của quá trình hô hấp hiếu khí. Nhóm vi sinh vật nitrite hóa bao gồm bốn chi khác nhau: Nitrosomonas, Nitrozocystis, Nitrozolobus, Nitrosospira, chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên môi trường có chất hữu cơ.
3.2.2.2. Giai đoạn nitrate hóa
NO2- + ½ O2 NO3- + năng lượng
NO2- tạo ra tiếp tục được oxy hóa thành NO3- bởi nhóm vi khuẩn nitrate hóa. Đây cũng là các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng, thực hiện phản ứng oxy hóa nitrite để cung cấp năng lượng cho quá trình đồng hóa.
Nhóm vi khuẩn nitrate gồm 3 chi khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus. Ngoài nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng nói trên, còn có một số loài vi sinh vật dị dưỡng cũng tiến hành quá trình nitrat hóa. Đó là loài vi khuẩn và xạ khuẩn thuộc các chi Pseudomonas, Corynebacterium, Streptomyces...
3.2.3. Quá trình phản nitrate
Quá trình phản nitrat hay còn gọi là quá trình khử nitrate là quá trình tách oxy khỏi nitrite, nitrate dưới tác dụng của các vi khuẩn kỵ khí (vi khuẩn khử nitrate). Oxy được tách ra từ nitrite và nitrate được dùng lại để oxy hoá các chất hữu cơ. Quá trình này có kèm theo hiện tượng Nitơ tự do được tách ra ở dạng khí sẽ bay vào khí quyển.
Vi sinh vật thực hiện quá trình khử trên có tên chung là Denitrifier. Phần lớn loại vi sinh vật trên thuộc loại tùy nghi với nghĩa là chúng sử dụng oxy hay nitrate, nitrite làm chất oxy hóa để sản xuất ra năng lượng.
Quá trình khử nitrate thường được nhận dạng là khử nitrate yếm khí, tuy nhiên diễn biến quá trình sinh hóa không phải là quá trình hô hấp yếm khí mà nó giống quá trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy, vi sinh vật sử dụng nitrate, nitrite làm chất oxy hóa. Vì vậy thực chất quá trình khử nitrate xảy ra trong điều kiện thiếu khí (anoxic).
NO3- NO2- NO N2O N2
Để khử nitrate, vi sinh vật cần có chất khử, chất khử có thể là chất hữu cơ hay chất vô cơ như H2, S, Fe2+. Phần lớn vi sinh vật nhóm Denitrifier thuộc loại dị dưỡng, sử dụng nguồn carbon để xây dựng tế bào (ngoài phần sử dụng cho phản ứng nitrate). Quá trình khử nitrate xảy ra theo bốn bậc liên tiếp nhau với mức độ giảm hóa trị của nguyên tố Nitơ từ +5, về +3, +2, +1 và 0:
NO3- NO2- NO NH2OH NH3
Quá trình amon hóa nitrate do một số vi khuẩn dị dưỡng tiến hành trong điều kiện hiếu khí có chức năng cung cấp NH4+ cho tế bào vi khuẩn để tổng hợp axit amin. Tuy nhiên quá trình amon hóa nitrate không có ý nghĩa về diện môi trường, do hàm lượng N trong nước hầu như không đổi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác.
NO3- NO2- NO N2O N2
Phản ứng khử NO3- N2 chỉ xảy ra trong điều kiện thiếu khí. Khi đó, NO3- là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuổi hô hấp thiếu khí và năng lượng tạo thành dùng để tổng hợp nên ATP cho tế bào.
Đây là quá trình được ứng dụng rộng rãi hiện nay để loại bỏ Nitơ trong nước và nước thải.
Song song với quá trình khử nitrate, quá trình tổng hợp tế bào cũng diễn ra, khi đó lượng chất hữu cơ tiêu hao cho cả quá trình cao hơn so với lượng phản ứng cần thiết cho phản ứng hóa học. Các chất hữu cơ mà vi sinh vật Denitrifier có thể sử dụng khá đa dạng: từ nguồn nước thải, các hợp chất hóa học xác định được đưa từ ngoài hay các chất hữu cơ hình thành từ phân hủy nội sinh.
3.2.4. Quá trình oxy hóa kỵ khí amoni (Anammox)
Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa N mới chưa từng được biết đến trước đó, về cả lý thuyết lẫn thực nghiệm đã được phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí Ammonium (Anaerobic Ammonia Oxidation, viết tắt là Anammox) trong đó ammonium được oxy hóa bởi nitrite trong điều kiện kỵ khí, không cần sự cung cấp chất hữu cơ, để tạo thành phân tử.
NH4+ + NO2- N2 + 2H2O (A-a)
NH4+ + ½ O2 NO2- + 2H+ + H2O (A-b)
Theo kết quả nghiên cứu, sự tồn tại của các vi khuẩn tự dưỡng hóa năng có khả năng oxy hóa amoni bởi nitrate, nitrite và thậm chí về mặt năng lượng còn dễ xảy ra hơn sự oxy hóa bởi oxy phân tử.
Trên cơ sở phát hiện vi khuẩn và phản ứng Anammox, chu trình chuyển hóa Nitơ tự nhiên có trong sách giáo khoa từ lâu đã được bổ sung một mắt xích mới. Các nghiên cứu từ cuối thập niên 1990 đã làm rõ nhiều khía cạnh của Anammox về mặt hóa sinh học, vi sinh học, sinh học phân tử,…
N2
NO2
NH4+
Khử nitrate
Cố định Nitơ
NO3
Đồng hóa
Thối rửa
N – hữu cơ
Anammox
Nitrate hóa
Hình 3.2. Chu trình Nitơ có thêm mắt xích Anammox
3.2.4.1. Hóa sinh học của Anammox
Phản ứng Anammox đã được xác nhận là sự oxy hóa amoni bởi nitrite, phản ứng hóa học đơn giản với tỷ lệ mol NH4+ : NO2- = 1:1 như ở phương trình (A-b). Trên cơ sở cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ liên tục (SBR), có tính đến sự tăng trưởng sinh khối, phản ứng Anammox đã được xác định với các hệ số tỷ lượng như sau:
NH4+ + 1.32 NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13 H+ 1.02 N2 + 0.26 NO3- + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03 H2O (A-c)
Sự tạo thành lượng nhỏ từ nitrate từ nitrite được giả thiết là để sinh ra các đương lượng khử khi đồng hóa CO2. Cơ chế chuyển h...
