đề tài tiểu luận khử nitơ bằng phương pháp sinh học

1.Các dạng tồn tại của NitơDạng tự do:chiếm khoảng 78% thể tích của không khí và tương đối trơ Dạng hợp chất hữu cơ và vô cơ:  Amoniac là một hợp chất vô cơ phổ biến  Các dạng ôxít

KHỬ NITƠ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP

SINH HỌC

Nội dung

1 Các dạng tồn tại của Nitơ

2 Tác hại của Nitơ

3 Cơ chế khử Nitơ bằng phương

pháp sinh học

4 Các yêu tố ảnh hưởng quá trình

khử

5 Ứng dụng

1.Các dạng tồn tại của Nitơ

Dạng tự do:chiếm khoảng 78% thể tích của không khí và tương đối trơ

Dạng hợp chất hữu cơ và vô cơ:

 Amoniac là một hợp chất vô cơ phổ biến

 Các dạng ôxít , nổi bật nhất trong số các ôxít

là (NO) và (NO2)

 Các axít tương ứng HNO2 và HNO3 với các muối tương ứng được gọi là nitrit và nitrat.

1.Các dạng tồn tại của Nitơ

 Các hợp chất vô cơ trên tồn tại trong đất dưới dạng NH4+, NO3-, NO2- gọi

lá đạm vô cơ

Các hợp chất hữu cơ thường ở dạng

đạm hữu cơ như:các axit amin ,

protein, nucleoprotein

Lượng các chất chứa nito trong thiên nhiên

stt Vị trí tồn tại Số lượng dự đoán(tấn)

2.Tác hại của Nitơ

Đối với môi trường:

Tác hại của nito đối với môi trường

Tác hại của nito đối với môi trường

Nitơ oxit hòa tan hơi nước trong không khí

và tạo thành mưa acid, bào mòn đá, các vật dụng bằng kim loại cũng như nhà cửa

Nitơ là yếu tố gây ra những tác động tiêu cực đối với hệ sinh thái thông qua phân bón

Sự sút giảm đa dạng sinh học, ô nhiễm của các dòng sông, , ô nhiễm tại các bờ biển,

các cánh rừng…

Tác hại của nito đối với sức khỏe cộng đồng

 Oxit N2O phá huỷ tầng ozone dẫn đến sự gia

tăng lượng bức xạ cực tím, gây ung thư da và

đục thuỷ tinh thể.

 Khi N2O ở gần mặt đất gây ra các bệnh đường

hô hấp, rối loạn hệ thống thần kinh

 NH3 gây viêm đường hô hấp cho người, động vật, gây loét giác mạc, thanh quản, khí quản.Gây kích thích đường hô hấp và có khả năng gây

ngạt rất cao

Tác hại của nito đối với sức khỏe cộng đồng

 Nitrate là một chất gây ô nhiễm chính trong nước uống và có thể gây ra bệnh methemoglobin (màu xanh trẻ sơ sinh) ở trẻ nhỏ dưới sáu tháng tuổi do lot qua sữa mẹ hoặc nước pha sữa và nó tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các

amin để tạo nên những nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi

 Khi lọt vào cơ thể ,nitrat được chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột ,nitrit còn

nguy hiểm hơn nitrat

Tác hại của nitơ trong nước

 Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng

nước

 Nitơ amôn có mặt trong nước làm giảm hiệu

quả của khâu khử trùng bằng clo

 Làm giảm khả năng xử lý sắt,magan

 Nitơ amôn là nguồn dinh dưỡng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật nước, kể cả tảo, phát triển nhanh, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước

thương phẩm, đặc biệt là độ trong, mùi, vị,

3.KHỬ NITƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH

HỌC

 Gồm 2 quá trình:

Quá trình nitrate hóa

 Quá trình khử nitrate

KHỬ NITƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Quá trình nitrate hóa

Quá trình nitrate hóa

 Gồm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn nitrite hóa:được chia thành 3 bước

Bước 1: NH 3 bị oxy hóa thành

amin-hydroxyl (NH 2 OH), nhờ sự xúc tác của enzyme mono-oxygenase ammoniac

(AMO)

NH  3  + O  2  + 2H  + + 2 e  -  => NH  2  OH + H  2  O

Giai đoạn nitrite hóa

Bước 2: NH 2 OH bị oxy hóa thành

NO 2 – nhờ sự xúc tác của enzyme

Oxidoreductase Hydroxylamine (HAO)

NH 2 OH + H 2 O => NO 2 - + 5H + + 4e –

Bước 3: Các electron , ion hydro và oxy

tự do được chuyển đổi vào trong nước.

½ O 2 + 2H + + 2 e - => H 2 O

Giai đoạn nitrite hóa

 Giai đoạn nitrite hóa được tiến

hành bởi vi khuẩn nitrite hóa trong điều kiện hiếu khí, thuộc nhóm

Đặc điểm vi khuần tham gia vào giai đoạn nitrite hóa

 Thuộc vi khuẩn gram (-), có màng

tế bào chất tách ra thành túi khi ở

phần giữa tế bào

 Phát triển trong điều kiện nhiệt độ

3 – 300C pH thích hợp 5,8 – 8,5

Thuộc nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt

buộc

Nhiệt độ phát triển

2 – 300C, pH

thích hợp là 6,0 – 8,0

 thuộc loài tự dưỡng

hóa năng bắt buộc.

 Nhiệt độ phát triển

15 – 30 0 C, pH thích

hợp là 6,0 – 8,2

Giai đoạn nitrate hóa

 Là giai đoạn oxy hóa NO2- thành NO

NO 2- + 0,5O 2 => NO 3- + năng lượng

 Enzyme xúc tác cho giai đoạn này là

enzyme oxidoreductase nitrite (NOR)

 Được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn nitrate hóa, thuộc nhóm VSV tự dưỡng hóa năng bắt buộc bao gồm 3 chi :

 Nitrobacte

 Nitrospira

 Nitrococcus

Đặc điểm của vi khuẩn tham gia giai đoạn nitrate hóa

 Nitrobacter

 Tế bào hình que,

hình quả lê, sinh

sản theo kiểu nảy

r

Nitrospira

 Tế bào hình que

thẳng, hình cầu,

không di động chúng

thuộc loại tự dưỡng

hóa năng bắt buộc

Chúng không đòi hỏi

Giai đoạn nitrate hóa

Ngoài nhóm vi khuẩn tự dưỡng hóa năng nói trên, còn có 1 số loài VSV dị dưỡng

cũng tiến hành quá trình nitrate hóa Đó là các loài vi khuẩn và xạ khuẩn thuộc các chi:

 Pseudomonas

 Corynebacterium

 Streptomyces

as

m

es

Quá trình khử nitrate

Quá trình khử nitrate

Các hợp chất đạm dạng nitrate ở trong đất rất dễ bị khử biến thành nitrogen phân tử

Quá trình này gọi là quá trình khử nitrate

Quá trình khử nitrate diễn ra theo sơ đồ sau:

NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2

Quá trình này diễn ra trong điều kiện kỵ khí

Quá trình khử nitrate

 Enzyme xúc tác cho quá trình khử nitrate là:

 Enzyme nitrate reductase

 Enzyme nitrite reductase

 Nhóm VSV thực hiện quá trình khử nitrate được phân bố rộng rãi trong đất:

 Thuộc nhóm tự dưỡng hóa năng

 Thuộc nhóm dị dưỡng

Đặc điểm vi khuần tham gia vào quá trình khử nitrate

không oxy hóa sắt,

thuộc loài kỵ khí không

bắt buộc Sử dụng

nitrate khi thiếu oxy

Bacillus licheniformis

 Hình que, tạo bào

tử, bào tử ở giữa tế

bào , tế bào không

biến dạng khi tạo bào

tử Chúng chuyển hóa glucose tạo axit,

không tạo khí và tạo khí yếu, có khả năng tạo axetoin

Bacillus

licheniformis

s aeruginosa

Tế bào hình

que , không cần chất sinh trưởng khi phát triển ,

có khả năng tạo sắc tố huỳnh

quang, sắc tố

pyoxianin

Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas

stutzeri

Loài này giống Pseudomonas aeruginosa,

nhưng khác là chúng không

tạo sắc tố

huỳnh quang.

4.Các yếu tố ảnh hưởng đến khử nitơ bằng phương pháp sinh học

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa:

 Nồng độ NH 4+ / NO 2

 Nồng độ oxy : một trong những yếu tố quan trọng

nhất kiểm soát quá trình nitrat hóa

 Nhiệt độ : nhiệt độ thích hợp trong khoảng 8–

30 0 C.nhiệt độ tối ưu cho quá trình vào khoảng 30 0 C

pH: pH tối ưu nằm trong khoảng 7,5 - 8,5

Tỷ số BOD 5 /TNK

Sự ức chế của các chất độc hại : Qúa trình nitrat

hóa khá nhạy cảm với một vài hợp chất độc như

cyanide , thiourea, phenol, aniline và các kim loại nặng

(Ag , Hg ,Ni, Cr, Cu, Zn)

Các yếu tố ảnh hưởng đến khử nitơ bằng phương pháp sinh học

khử nitrat:

• Nồng độ nitrat

• Các điều kiện không có oxy

• Sự hiện diện của chất hữu cơ: methanol được xem

là nguồn cacbon thích hợp đối với quá trình khử

nitrat

• pH: hiệu quả nhất ở pH từ 7,0- 8,5 và pH

tối ưu khoảng 7

Nhiệt độ: xảy ra trong khoảng 35 -

500C, có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn ,

5 - 100C, nhưng với tốc độ chậm hơn

Ảnh hưởng của các nguyên tố vi

lượng: Mo và Se hoạt động tạo thành

formate dehydrogenase, một trong

những enzim phức tạp nhất trong sự

trao đổi chất của methanol

Các hóa chất độc hại

5.ứng dụng của khử nitơ bằng

pp sinh học

 Xử lý amoni trong nước ngầm

 Xử lí trong nước thải

 Quá trình nitrat hóa còn được dùng trong quá trình compost

1.Enzym tham gia vào giai đoạn nitrat của quá trình nitrat hóa là

A Mono-oxygenase ammoniac (AMO)

B Oxidoreductase Hydroxylamine (HAO)

C Oxidoreductase nitrite (NOR)

D Enzyme nitrate reductase C

2.Quá trình nào là quan trọng hơn trong phương pháp khử nito bằng sinh học

 A.Quá trình nitrat hóa

 B.Quá trình khử nitrat hóa

3.Chi nào không thuộc giai đoạn nitrit hóa

A Nitrosomonas

B Nitrococcus

C Nitrosolobus

D Nitrosospira B

4 Pseudomonas stutzeri là VSV tham gia vào

A.Quá trình nitrat hóa

B Giai đoạn nitrat hóa

C.Giai đoạn nitrit hóa

D Quá trình khử nitrat

D

5.pH tối ưu cho quá trình nitrat hoá

 A 6.8 -7.5

 B 7.2 -8.4

 C 7.5- 8.5

 D 7.0 – 8.5 c

6.Yếu tố nào quyết định đến quá trình khử nitrat

A.Các điều kiện không có oxy

B pH

C Nhiệt độ

D Các hóa chất độc hại

A

7.Chất gây "hội chứng màu xanh bé”

8.Tác hại nào không do nitơ gây ra đối với môi trường

A Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

B Hiện tượng ấm lên toàn cầu.

C Khói lẫn sương, sương mù, mưa axit

D.Không có hiện tượng nào D

9.Theo nghiên cứu mới, chất nào được xem là khí cười làm phân hủy tầng ozon

10 Enzyme xúc tác cho quá trình