Quá trình hiếu khí, quá trình yếm khí

QUÁ TRÌNH HIẾU KHÍ, QUÁ TRÌNH YẾM KHÍ Do chất thải của người và gia súc là chất thải hữu cơ do đó khi thải vào ao hồ, sông rạch nó sẽ làm thức ăn cho vi sinh vật dị dưỡng. Vi sinh vật dị dưỡng này phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và tạo nên năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng. Quá trình hiếu khí * Quá trình oxy hóa (hay dị hóa) (COHNS) + O2 + VK hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng (1.1) Chất hữu cơ * Quá trình tổng hợp (đồng hóa) (COHNS) + O2 + VK hiếu khí + năng lượng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mới) (1.2) Quá trình yếm khí Trong điều kiện yếm khí (không có oxy), vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy chất hữu cơ như sau: (COHNS) + VK yếm khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + các chất khác + năng lượng (1.3) (COHNS) + VK yếm khí + năng lượng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mới) (1.4) Ghi chú: C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn. Trong điều kiện không có chất hữu cơ thì vi khuẩn sẽ trải qua quá trình hô hấp nội bào hay là tự oxy hóa sử dụng chính bản thân chúng làm nguyên liệu. C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + năng lượng (1.5) trong đó CO2 và NH3 là chất dinh dưỡng đối với các loài tảo. Trong điều kiện ánh sáng thích hợp, quá trình quang hợp của tảo diễn ra như sau: NH3 + 7,62CO2 + 2.53H2O → C7,62H8,06O2,53N + 7,62O2 (1.6) (tb tảo mới) Đối với các nguồn nước tự nhiên nhận một lượng chất hữu cơ thấp thì lượng oxy sản sinh ở phương trình (1.6) sẽ đáp ứng cho hoạt động của vi khuẩn ở phương trình (1.1) và (1.2), và chu trình hoạt động cứ tiếp diễn. Chu trình này gọi là "cộng sinh tảo và vi khuẩn", đây là một chu trình tự nhiên và các hoạt động của tảo và vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động. Chu trình cộng sinh vi khuẩn - tảo trong hệ thống xử lý nước thải (Oswald và Gotaas, 1955; trích dẫn bởi Chongrak, 1989) Tảo sau đó sẽ bị các loại cá ăn thực vật sử dụng, cá ăn động vật sẽ ăn cá ăn thực vật và sau cùng con người sẽ ăn cá. Đây là một trong những cơ chế tự làm sạch các nguồn nước mà chúng ta sẽ bàn đến trong phần sau. Việc thải các chất thải chưa được xử lý vào nguồn nước sẽ gây nên sự mất cân bằng về mặt sinh học. Khi lượng chất thải hữu cơ lên cao thì vi khuẩn cần nhiều oxy hơn cho quá trình oxy hóa và tổng hợp của chúng, đưa đến việc suy giảm oxy hòa tan trong các nguồn nước gây nguy hại cho các thủy sinh vật. Mặc dù quá trình quang hợp của tảo tạo nên oxy, nhưng về đêm khi không có ánh sáng, tảo sẽ hô hấp và tiêu thụ oxy và việc này càng làm suy giảm lượng oxy hòa tan của nguồn nước. Thậm chí khi hàm lượng chất thải quá cao thì nguồn nước bị cạn kiệt oxy hoàn toàn và có màu đen chỉ có các vi khuẩn yếm khí và một vài loại trùng có thể sống được. Bên cạnh vấn đề ô nhiễm nguồn nước sẽ mất mỹ quan và chất lượng môi trường sống ở khu vực xung quanh sẽ bị suy giảm. Trong kỹ thuật xử lý nước thải, quá trình sinh hóa hiếu khí thường được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hòa tan và dạng keo. Quá trình sinh hóa yếm khí được ứng dụng để chế biến và khử độc cặn trong nước thải. Ngoài ra, quá trình yếm khí còn được ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp chứa các chất hữu cơ với hàm lượng lớn.