Bài giảng Quá trình nitrate hóa

QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học 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 Chất thải từ cá Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học NH4+, PO43-, 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 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 Nitrate hóa Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học Bước 1: NH4+ + 3/2O2→ NO2- + H2O + 2H+ (Nitrosomonas) ∆Go(W) = -270 KJ/mol N-NH4+ Bước 2: NO2- + 1/2O2→ NO3- (Nitrobacter) ∆Go(W) = -80 KJ/mol N-NO2- 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+ 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 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 Nitrosomonas Nitrobacter m g N / g i ờ m g N / g i ờ 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 - N H 3 / m 2 / g i ờ 0.2 0.6 1.0 • 10-25oC: Tăng • 25-35oC: Quân bình • 35-40oC: Giảm Nhiệt độ (oC) Ảnh hưởng của N-NH3 và nhiệt độ Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học 0 5 10 15 20 0.2 0.3 g N - N H 4 + / g V S S / n g à y 1.0 TAN (mg/L) 20oC 15oC 10oC Nitrate hóa nhanh Hàm lượng NH3 cao trong bể nuôi Ảnh hưởng của oxy hòa tan Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học 0 1 2 3 4 2 3 4 g N - N H 4 + / g V S S / n g à y 1 O2 (mg/L) 22 2 44 4 OO O NH-NNH-N NH-N max K S S K S S µ ++ = ++ + µ • Giới hạn khuếch tán • Cỡ Flocs • Lượng cơ chất Ảnh hưởng của oxy hòa tan Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học Phản ứng nitrate hóa NH4+ + 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? ⇒ 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 triển C:N>9 Vi khuẩn dị dưỡng phát triển Trong nước tỉ lệ C:N ~ 1 nhưng tỉ lệ này cao trong chất thải rắn 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 Yếu tố ức chế quá trình nitrate hóa Học viên không sử dụng điện thoại trong giờ học − NH3 (pH cao) − HNO2 (pH thấp) − Ion hoạt tính bề mặt − Kim loại nặng − Chlorine hữu cơ − pH thấp 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+ =14 g