27-Nov-12

1

QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA

Mục tiêu

Sinh viên nắm vững các nội dụng sau: Nguồn NH3/NH4

+ trong hệ thống thủy sản Quá trình nitrate hóa và các sản phẩm trung

gian Sức sản xuất thu được từ quá trình nitrate hóa

và ảnh hưởng lên độ kiềm và DO Nhân tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hóa Ảnh hưởng của vật chất hữu cơ lên quá trình

nitrate hóa

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

27-Nov-12

2

Chất thải từ cá

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

NH4+, PO4

3-, CO2

Vật chất hữu cơ

Chất thải nitơ

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

Thức ăn (100%) Cá tích lũy

(21-30%)

Hòa tan(49-60%)

Lơ lửng (15-30%)

FAO, 1992

? Phóng thích từ nền đáy

Lắng tụ

27-Nov-12

3

TAN – Tổng đạm Amôn

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

NH4+/NH3 NH3 + H+ NH4

+

Rất độc cho tôm cá

Loại bỏ hoặc chuyển hóa (TAN<1mg/L)

Nitrate hóa hoặc phản nitrate hóa

Chu trình nitrogen

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

NH3/NH4+ NO2

-

NO3-

NO2-

N2

Tảo

27-Nov-12

4

Nitrate hóa

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

Bước 1: NH4+ + 3/2O2 NO2

- + H2O + 2H+ (Nitrosomonas)

Bước 2: NO2- + 1/2O2 NO3

- (Nitrobacter)

Loại vi khuẩn nitrate hóa: Chemo-litho-autotrophs (Hóa vô cơ tự dưỡng)

Chuyển hóa dinh dưỡng

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

Oxy hóa ammonia:80.7NH4

+ + 114.55O2 + 160.4HCO3- C5H7NO2 + 79.7NO2

- + 82.7H2O + 155.4H2CO3

Sức sản xuất = 0,1 g sinh khối vi khuẩn/g N-NH4+

Oxy hóa nitrite:134.5NO2

- + NH4+ + 62.25O2 + HCO3

-+ 4H2CO3 C5H7NO2 + 134.5NO3- + 3H2O

Sức sản xuất = 0.06 g sinh khối vi khuẩn/g N-NO2-

Tổng quát:NH4

+ + 1.86O2 + 1.98HCO3- 0.02C5H7NO2 + 0.98NO3

- + 1.88H2CO3 + 1.04H2O

Sức sản xuất = 0.16g sinh khối vi khuẩn/g N-NH4+

27-Nov-12

5

Tiêu hao oxy cho nitrate hóa

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

•Lượng oxy tiêu hao khi 1 g N-NH4+ chuyển

hóa thành N-NO3-?

•Lượng oxy tiêu hao khi 1g N-NO3- được tạo

thành?

Yếu tố ảnh hưởng đến nitrite hóa

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

• pH• Nhiệt độ• Hàm lượng oxy hòa tan• Hàm lượng ammonia• Lượng chất hữu cơ• Vật chất lơ lửng

27-Nov-12

6

Ảnh hưởng của pH

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

0.2

0.4

0.6

6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

0.2

0.4

0.6

NitrosomonasNitrobacterm

g N

/giờ

mg

N/g

iờ

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

0 10 20 30 40

0.4

0.8

1.2

g N

-NH

3/m2 /g

iờ

0.2

0.6

1.0 • 10-25oC: Tăng

• 25-35oC: Quân bình

• 35-40oC: Giảm

Nhiệt độ (oC)

27-Nov-12

7

Ảnh hưởng của N-NH3 và nhiệt độ

0 5 10 15 20

0.2

0.3

g N

-NH

4+ /g

VSS/

ngày

1.0

TAN (mg/L)

20oC

15oC

10oC

Nitrate hóa nhanh

Hàm lượng NH3 cao trong bể nuôi

Ảnh hưởng của oxy hòa tan

0 1 2 3 4

2

3

4

g N

-NH

4+ /g

VSS/

ngày

1

O2 (mg/L)

• Giới hạn khuếch tán

• Cỡ Flocs

• Lượng cơ chất

27-Nov-12

8

Ảnh hưởng của oxy hòa tan

Phản ứng nitrate hóaNH4

+ + 1.86O2 + 1.98HCO3- 0.02C5H7NO2 + 0.98NO3

- + 1.88H2CO3 + 1.04H2O

1 mole N-NH4+ bị oxy hóa cần 1,86 mole O2

1 g N-NH4+ bị oxy hóa cần bao nhiêu g O2?

1 g NH4+ cần: (32*1.86)/(14+4) = 3,3 g O2

Cần giữ hàm lượng DO> 2 mg/L cho quá trình nitrate hóa

Ảnh hưởng của chất hữu cơ

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

Vật chất hữu cơ dễ phân hủy nhiều Vi khuẩn dị dưỡng phát triển Cạnh tranh O2, chất dinh dưỡng và không gian với vi khuẩn Nitrat hóa

Quy luật:C:N<9 vi khuẩn nitrate hóa phát triểnC:N>9 Vi khuẩn dị dưỡng phát triển

Trong nước tỉ lệ C:N ~ 1 nhưng tỉ lệ này cao trong chất thải rắn

27-Nov-12

9

Ảnh hưởng của vật chất lơ lửng

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

Vật chất lơ lửng

Gây tắc giá thể lọc

giới hạn sự khuếch tán

của cơ chất

Nitrate hóa và độ kiềm

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

NH4+ + 1.86O2 + 1.98HCO3

- 0.02C5H7NO2 + 0.98NO3- + 1.88H2CO3 + 1.04H2O

− 1,88 eq (đương lượng) acid sinh ra khi 1 mole N-NH4+

được chuyển hóa thành NO3-

− 1,98 eq (đương lượng) HCO3- bị phá hủy khi 1 mole N-

NH4+ được chuyển hóa thành NO3

-

7,14 g CaCO3/g N-NH4+

pH của nước giảm

27-Nov-12

10

Vi khuẩn nitrate hóa trong tự nhiên

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

Vi khuẩn nitrate hóa sống ở đâu?

− Hạt vật chất lơ lửng, bùn đáy ao

− Bề mặt vật thể, giá thể

− Flocs

− Trong nước (mật độ rất thấp)

Bài tập

Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học

N-NH4+ bài tiết ra từ cá là 500 g, độ kiềm

sẽ giảm bao nhiêu khi 90% N-NH4+

chuyển hóa thành NO3-?

1 mole N-NH4+ =18 g

500 * 90% = 450 g

450/(14+4) = 25 mole NH4

sô ́ mole HCO3- : 25 * 1,98 = 49.5 mole

độ kiềm sẽ giảm = 49.5 * 50 = 2475 g