Vi khuẩn Nitrat hóa là gì? Vai trò quan trọng trong xử lý Nitơ và nước thải

Vi khuẩn Nitrat hóa giữ vai trò then chốt trong quá trình xử lý Nitơ và nước thải, góp phần đưa chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn xả thải theo QCVN. Cùng Môi Trường Hồng Thái tìm hiểu ngay về nhóm vi sinh vật đặc biệt này và ứng dụng thực tiễn của chúng!

Vi khuẩn Nitrat hóa là gì?

Vi khuẩn Nitrat hóa là nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trình Nitrat hóa, một bước quan trọng trong chu trình chuyển hóa Nitơ, giúp loại bỏ Nitơ và Amoniac trong nước thải. Theo Biogency, hiệu quả của quá trình Nitrat hóa ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số Nitơ đầu ra, đảm bảo nước thải đạt các quy chuẩn xả thải.

Quá trình Nitrat hóa chuyển đổi Amoniac (NH3, NH4+) thành Nitrat (NO3-), giảm thiểu các chất ô nhiễm độc hại, góp phần làm sạch nước thải và bảo vệ môi trường. Vi khuẩn Nitrat hóa, như Nitrosomonas và Nitrobacter, là các vi sinh vật tự dưỡng, sử dụng CO2 làm nguồn carbon và năng lượng từ quá trình oxy hóa Amoniac hoặc Nitrit, mang lại giải pháp xử lý nước thải thân thiện và bền vững.

Phân loại vi khuẩn Nitrat hóa phổ biến

Vi khuẩn Nitrat hóa được chia thành hai nhóm chính dựa trên vai trò trong quá trình Nitrat hóa:

Nhóm vi khuẩn oxy hóa Amoni (AOB – Ammonia Oxidizing Bacteria)

• Vi khuẩn Nitrosomonas sp.: Là vi khuẩn Chemoautotrophic, hình que, Gram âm, thuộc nhóm Betaproteobacteria. Nitrosomonas oxy hóa Amoniac (NH3, NH4+) thành Nitrit (NO2-), sử dụng Amoniac làm nguồn năng lượng chính. Chúng hoạt động hiệu quả trong môi trường hiếu khí với nhiệt độ 30–36°C và pH 7.5–8.5.

Nhóm vi khuẩn oxy hóa Nitrit (NOB – Nitrite Oxidizing Bacteria)

• Vi khuẩn Nitrobacter sp.: Là vi khuẩn hình que, Gram âm, hóa dưỡng, có dạng hình que, quả lê hoặc Pleomorphic. Nitrobacter oxy hóa Nitrit (NO2-) thành Nitrat (NO3-), hoàn thành quá trình Nitrat hóa. Chúng sinh sản qua nảy chồi hoặc phân đôi và hoạt động trong môi trường hiếu khí.

Những vi khuẩn này được gọi là “khắc tinh” của nước thải vượt Nitơ nhờ khả năng xử lý tải lượng Nitơ lên đến 1.500 mg/L, phù hợp với nhiều loại nước thải như sinh hoạt, công nghiệp, và thủy sản.

Cơ chế hoạt động của vi khuẩn Nitrat hóa trong xử lý Nitơ

Quá trình Nitrat hóa được thực hiện qua hai giai đoạn chính, với sự tham gia của Nitrosomonas và Nitrobacter:

• Bước 1: Oxy hóa Amoniac thành Nitrit
  Vi khuẩn Nitrosomonas sp. chuyển hóa Amoniac (NH3, NH4+) thành Nitrit (NO2-) trong môi trường hiếu khí. Phản ứng:
  NH4+ + 1.5O2 → NO2- + 2H+ + H2O
  Quá trình này cần oxy hòa tan (DO ≥ 3 mg/L) và độ kiềm Carbonat để duy trì pH ổn định (7.5–8.0), vì quá trình giải phóng ion H+ làm giảm pH.
• Bước 2: Oxy hóa Nitrit thành Nitrat
  Vi khuẩn Nitrobacter sp. tiếp tục chuyển hóa Nitrit (NO2-) thành Nitrat (NO3-), hoàn tất quá trình Nitrat hóa. Phản ứng:
  NO2- + 0.5O2 → NO3-
  Quá trình này cũng yêu cầu môi trường hiếu khí và điều kiện pH, nhiệt độ tương tự.

Điều kiện tối ưu cho vi khuẩn Nitrat hóa:

• Độ kiềm Carbonat: Cung cấp nguồn carbon và ổn định pH.
• Độ pH: 7.0–8.5, tối ưu 7.5–8.0; pH < 6.0 ức chế hoạt động.
• Oxy hòa tan: DO ≥ 3 mg/L, vì vi khuẩn Nitrat hóa là hiếu khí bắt buộc.
• Nhiệt độ: 20–35°C, tối ưu 30–36°C.
• Tuổi bùn: > 15 ngày để vi sinh vật phát triển ổn định.
• Nồng độ cBOD: < 40–50 mg/L để tránh cạnh tranh oxy.
• Ánh sáng: Vi khuẩn nhạy cảm với ánh sáng xanh dương và tím, cần môi trường tối.

Những điều kiện này đảm bảo vi khuẩn Nitrat hóa hoạt động hiệu quả, hỗ trợ hệ thống xử lý nước thải như màng lọc MBR đạt chuẩn xả thải.

Ứng dụng của vi khuẩn Nitrat hóa trong xử lý nước thải

Vi khuẩn Nitrat hóa được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải nhờ khả năng loại bỏ Nitơ và Amoniac:

• Xử lý nước thải sinh hoạt và y tế: Trong nước thải sinh hoạt (BOD 100–200 mg/L) và y tế, vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter giúp chuyển hóa Amoniac thành Nitrat, giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm nguồn nước. Hệ thống màng lọc MBR tích hợp vi khuẩn Nitrat hóa đảm bảo nước thải đạt QCVN (tổng Nitơ ≤ 20 mg/L).
• Giảm tải Nitơ trong môi trường – chống phú dưỡng: Quá trình Nitrat hóa ngăn chặn sự tích tụ Amoniac và Nitrit, vốn gây phú dưỡng (eutrophication) trong sông, hồ. Nitrat hóa chuyển Nitơ độc hại thành Nitrat ít độc hơn, dễ xử lý qua quá trình khử Nitrat sau đó, bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh.

Vi khuẩn Nitrat hóa, kết hợp với công nghệ màng lọc MBR, giúp xử lý hiệu quả nước thải từ các ngành như chế biến thủy sản (BOD 2000–5000 mg/L), dệt nhuộm, hoặc chăn nuôi, đảm bảo nước đầu ra an toàn với môi trường.

Tìm hiểu thêm: COD trong nước thải là gì? Cách đo, xử lý và tiêu chuẩn mới nhất 2025

Các sản phẩm và công nghệ sử dụng vi khuẩn Nitrat hóa

Vi khuẩn Nitrat hóa được tích hợp vào nhiều sản phẩm và công nghệ xử lý nước thải:

• Chế phẩm vi sinh xử lý nước thải: Các sản phẩm như Microbe-Lift N1 chứa Nitrosomonas và Nitrobacter, được nhập khẩu từ Mỹ, giúp xử lý Nitơ và Amoniac trong 2–4 tuần. Chế phẩm dạng lỏng kích hoạt nhanh, phù hợp với nước thải công nghiệp (cao su, thủy sản) và sinh hoạt.
• Bể lọc sinh học hiếu khí: Hệ thống màng lọc MBR và bể Aerotank sử dụng vi khuẩn Nitrat hóa để oxy hóa Amoniac và Nitrit. Màng lọc MBR giữ lại vi sinh vật, tăng hiệu quả Nitrat hóa, đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn loại A (tổng Nitơ ≤ 20 mg/L).

Những công nghệ này, đặc biệt là màng lọc MBR, được Môi Trường Hồng Thái ứng dụng để cung cấp giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

Xem ngay: TSS là gì? Hướng dẫn xử lý và tiêu chuẩn mới nhất 2025

Ảnh hưởng môi trường của quá trình Nitrat hóa

Quá trình Nitrat hóa có tác động tích cực và cần được quản lý cẩn thận để tối ưu hóa lợi ích môi trường:

Đối với chất lượng nước và đất

Nitrat hóa chuyển Amoniac và Nitrit (độc hại) thành Nitrat (ít độc hơn), cải thiện chất lượng nước thải trước khi xả ra môi trường. Tuy nhiên, nếu Nitrat tích tụ quá mức, nó có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm hoặc đất, ảnh hưởng đến nông nghiệp.

Đóng góp vào chu trình Nitơ tự nhiên

Vi khuẩn Nitrat hóa là một phần của chu trình Nitơ, giúp chuyển hóa Nitơ từ dạng độc hại (NH3, NO2-) sang dạng dễ xử lý (NO3-), hỗ trợ quá trình khử Nitrat để giải phóng khí N2 ra khí quyển. Điều này duy trì cân bằng Nitơ trong tự nhiên.

Vai trò trong cân bằng hệ sinh thái vi sinh vật

Vi khuẩn Nitrat hóa duy trì sự cân bằng giữa các nhóm vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải, ngăn chặn sự phát triển quá mức của vi khuẩn dị dưỡng, đảm bảo hiệu quả xử lý BOD và COD.

Xem thêm: Vi khuẩn coliform là gì? Cách xử lý nước nhiễm coliform

Những yếu tố có thể ức chế hoạt động của vi khuẩn Nitrat hóa

Hoạt động của vi khuẩn Nitrat hóa có thể bị ức chế bởi các yếu tố sau:

• Hóa chất độc hại: Thiourea, Xyanua, Phenol, Anilin, và kim loại nặng (bạc, đồng, niken, crom, thủy ngân, kẽm) ức chế enzyme Amoniac Monooxygenase (AMO), làm gián đoạn quá trình Nitrat hóa.
• Amoniac tự do: Nồng độ NH3 cao (> 10 mg/L) gây ức chế Nitrosomonas và Nitrobacter.
• Nồng độ oxy thấp: DO < 3 mg/L làm giảm hiệu quả Nitrat hóa.
• pH không phù hợp: pH < 6.0 hoặc > 9.0 ức chế hoạt động vi sinh.
• Ánh sáng: Ánh sáng xanh dương và tím gây tổn hại tế bào vi khuẩn.
• Chất tẩy rửa: Chlorine và Chloramines cần được loại bỏ trước khi sử dụng vi khuẩn Nitrat hóa.

Việc kiểm soát các yếu tố này, kết hợp với công nghệ màng lọc MBR, giúp tối ưu hóa hiệu quả của vi khuẩn Nitrat hóa trong xử lý nước thải.

Bài viết đã cung cấp thông tin toàn diện về vi khuẩn Nitrat hóa, từ khái niệm, phân loại, cơ chế hoạt động, ứng dụng trong xử lý nước thải, đến các yếu tố ảnh hưởng và vai trò môi trường. Để được tư vấn chi tiết về xử lý nước thải và các giải pháp môi trường, hãy liên hệ ngay với Môi Trường Hồng Thái qua hotline hoặc website để nhận hỗ trợ chuyên nghiệp và báo giá tối ưu!