Các quá trình sinh hóa trong môi trường Quá trình anammox

Tiểu luận về quá trình anammox, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình anammox, so sánh quá trình anammox với phương pháp xử lí N trong nước thải theo phương pháp truyền thống, ứng dụng của quá trình anamox

0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐHQGHN

KHOA HÓA HỌC

-

TIỂU LUẬN MÔN: CÁC QUÁ TRÌNH SINH HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG

QUÁ TRÌNH ANAMMOX

Họ tên: TRẦN THỊ PHƯƠNG

Lớp: Cao học Hóa K26

Chuyên ngành Hóa Môi trường

Hà Nội -2016

MỤC LỤC

1 Quá trình Anammox 1

1.1 Định nghĩa 1

1.2 Hóa sinh học của Anammox 1

1.3 Các điều kiện ảnh hưởng 2

1.4 Vi khuẩn anammox 3

2 Ứng dụng của quá trình anammox 5

2.1 Quá trình xử lý kết hợp Sharon /Anammox 6

2.2 CANON 7

2.3 OLAND 7

2.4 SNAP 8

3 So sánh phương pháp nitrat hóa truyền thống và phương pháp Anammox 8

4 Kết luận …….10

5 Tài liệu tham khảo …….10

1 QUÁ TRÌNH ANAMMOX

1.1 Định nghĩa

Quá trình Anammox là quá trình oxi hóa amoni yếm khí (Anaerobi Ammonia Oxidation, viết tắt là Anammox) Trong đó, amoni được oxy hóa bởi nitrit trong điều kiện

kỵ khí, không cần chất hữu cơ, để tạo thành phân tử N2, với amoni là chất cho electron, còn nitrit là chất nhận electron

Sản phẩm chính của quá trình Anammox là N2, tuy nhiên khoảng 10% N đưa vào (amoni và nitrit) được chuyển thành nitrat

Trên cơ sở phát hiện vi khuẩn và phản ứng Anammox, chu trình chuyển hóa Nitơ tự nhiên đã được bổ sung một mắt xích mới

Hình 1: Chu trình nitơ mới có thêm mắt xích Anammox

1.2 Hóa sinh học của Anammox

1.2.1 Phương trình phản ứng

Phản ứng Anammox là sự oxy hóa amoni bởi nitrit, phản ứng hóa học đơn giản với tỷ lệ mol NH4+ : NO2- = 1:1 như ở phương trình (1)

Trên cơ sở cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giàu với kỹ thuật mẻ liên tục (SBR), có tính đến sự tăng trưởng khối, phản ứng Anammox được xác định với các hệ số tỉ lượng như sau:

4 2 Anammox 2 2 2

NH   NO  N  H O (1)

Cụ thể là: NH4  1,32NO2 0,066 HCO30,13H  1 ,02N20,26NO3

2 0,5 0,15 2

+0,066CH O N 2,03H O

Trong đó sự tạo thành lượng nhỏ nitrat từ nitrit được giả thiết là để sinh ra các đương lượng khử khi đồng hóa CO2 Phương trình này đã được chấp nhận rộng rãi như là đại diện cho phản ứng anammox khi tính toán, giải thích,…

1.2.2 Cơ chế sinh hóa

Cơ chế chuyển hóa nội bào của phản ứng anammox đến nay vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn Sử dụng phương pháp đồng vị đánh dấu (15N), Cơ chế sinh hóa của anammox được đề nghị như hình dưới đây

Hình 2: Cơ chế sinh hóa quá trình Anammox

Trong đó: NR: enzyme khử nitrit (sản phẩm giả thiết là NH2OH);

HH: hydrazine hydrolase, enzyme xúc tác tạo hydrazine từ amoni và hydroxylamine;

HZO: enzyme oxy hóa hydrazine;

Cytoplasm: tế bào chất Đầu tiên, vi khuẩn Anammox khử Nitrit (NO2-) thành Hydroxilamin (NH2OH), sau

đó Hydroxilamin và Amoni ngưng tụ thành Hydrazine (N2H4) và nước Cuối cùng Hydrazine bị oxi hóa thành N2 và electron lại được tái sử dụng cho quá trình khử nitrit tiếp theo

1.3 Các điều kiện ảnh hưởng

a) Nhiệt độ

Anammox hoạt động ở điều kiện nhiệt độ từ 20 – 43oC (tối ưu ở 40oC)

b) pH

Từ 6.7 – 8.3 (tối ưu ở pH = 8)

Ở điều kiện nhiệt độ và pH tối ưu, tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng cực đại là 55 µmol

NH4/g protein/phút (59.4 mgNH4/g protein/h)

c) Nồng độ nitrit

Nồng độ nitrit cao hơn 0.92 g/l thì quá trình bị ức chế; ở nồng độ nitrite cao hơn 0.23 g/l trong thời gian dài (khoảng 12 h) thì hoạt tính anammox biến mất Nhưng có thể hồi phục quá trình bằng cách thêm một lượng nhỏ bất kỳ lượng trung gian nào trong 2 loại hydroxylamin hoặc hydrazine

d) Nồng độ Oxy

Hoạt tính anammox bị ức chế hoàn toàn ở nồng độ oxy trên 0.5% bão hoà không khí

e) Các chất khoáng và dinh dưỡng

- Các chất khoáng và chất dinh dưỡng cũng làm tăng hoạt tính của anammox Các chất đó là KHCO3, KH2PO4, FeSO4, EDTA, Na2CO3, ngoài ra còn bổ sung thêm một lượng muối canxi và magine với nồng độ 120 – 180 mg/l

- Ảnh hưởng của sunfua, sunfit và photphat: Nồng độ sunfua lớn hơn 5mM, nồng độ sunfit 1mM, nồng độ photphat từ 5-50mM gây ảnh hưởng ức chế hoạt động của vi khuẩn anammox

1.4 Vi khuẩn Anammox

1.4.1 Các loại vi khuẩn Anammox

Quá trình Anammox được thực hiện bởi vi khuẩn tự dưỡng thuộc nhóm

Planctomycetales Đến nay đã có 5 chi của vi khuẩn anammox được phát hiện, gồm

Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia và Scalindua

Người ta nhận thấy rằng: cả các hỗn hợp vi khuẩn oxi hóa amoni và các vi khuẩn anammox dưới điều kiện yếm khí đều có thể sử dụng nitrit như chất nhận điện tử và amoni như là chất cho điện tử Phương pháp FISH đã được sử dụng để nhận dạng các loại

vi khuẩn oxi hóa amoni trong điều kiện yếm khí cho thấy rằng: có 3 loại là Nitrosomonas spp., Candidatus Brocadia anammoxidans và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis Quá trình nuôi cấy khi được tiến hành ở 42 mg N – NH4+/L sẽ làm giàu cho Nitrosomonas spp, chỉ có trên 30% Candidatus B anammoxidans và K stuttgartiensis là 2,1%; nếu tiến hành nuôi cấy ở nồng độ 210 mg N-NH4+/L thì B.anammoxidans và K stuttgartiensis chiếm đến 85,6% Tốc độ loại bỏ nitơ của vi khuẩn anammox (0,6 g N/g anammox VSS/ngày) cao hơn đáng kể so với vi khuẩn oxi hóa amoni (0,4 g N/g Nitrosomonas VSS/ngày)

Phản ứng oxi hóa amoni yếm khí được tiến hành bởi hai loại vi khuẩn anammox có tên là Candidatus Brocadia anammoxidans và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis Vi khuẩn này trước đây đã được quan sát thấy ở Hà Lan, và sau đó là ở trong một vài thiết bị

xử lý nước thải ở Đức và Thụy Điển Hai loại vi khuẩn này rất giống nhau Hoạt tính cao của anammox có thể nhận thấy ở cả hai loại này trong khoảng pH từ 6,4 đến 8,5, và nhiệt

độ từ 20 đến 430C Khoảng pH và nhiệt độ tối ưu của cả hai loại này là giống nhau Hoạt tính anammox cao nhất của K stuttgartiensis là 26,5 nmol N2/mg protein/min ở pH 8 và

370C Hoạt tính này thấp hơn so với hoạt tính anammox tối đa của B anammoxidans Tốc

độ sinh trưởng (thời gian nhân đôi là 11 ngày) của cả hai là giống nhau Hoạt tính của vi

khuẩn anammox cao hơn gấp 25 lần vi khuẩn nitrat hiếu khí Quá trình oxi hóa amoni yếm khí chậm hơn 7 lần so với quá trình oxi hóa amoni hiếu khí Vi khuẩn anammox rất nhạy cảm với oxi và nitrit Nồng độ O2 thấp ở 2μM và nitrit từ 5 đến 10mM đã gây ra ức chế hoàn toàn với anammox nhưng có thể phục hồi được

1.4.2 Nuôi cấy làm giàu vi khuẩn anammox

- Nuôi cấy làm giàu bán mẻ:

Môi trường nuôi cấy tổng hợp bao gồm: (NH4)2SO4 (1- 4,6mM), NaNO2 (1-4,6mM), KHCO3 (5mM), KH2PO4 (0,2mM), MgSO4.7H2O (1,2mM), CaCl2.2H2O (1,4mM) và 1ml dung dịch vết

Điều kiện nuôi cấy ở 370C trong điều kiện yếm khí ở pH = 7,5 trong chai nhựa 500ml chứa 25ml bùn hạt (xấp xỉ 50mg [khối lượng khô]/L) Môi trường tổng hợp này dựa trên nghiên cứu của Van de Graaf cùng cộng sự, Sliekers cùng cộng sự, Dapena- Mora cùng cộng sự Môi trường tổng hợp này được cộng thêm dung dịch nitrit và amoni

ở dạng NaNO2 và (NH4)2SO4 để phát triển hoạt tính của anammox Khối lượng giữa nitrit

và amoni thay đổi cùng sự sinh trưởng của anammox trong quá trình thí nghiệm Nước thải tổng hợp được chuẩn bị hàng ngày để tránh sự thay đổi trong thành phần của đầu vào

do hoạt động sinh học hoặc các nhân tố khác Tỷ lệ giữa N-NH4+ và N-NO2- trong đầu vào được giữ ở 1:1,3 đến 1:1,5 pH được giữ trong khoảng 7,7-8,4

- Nuôi cấy làm giàu dạng mẻ liên tiếp:

Quá trình làm giàu anammox thường được tiến hành trong thiết bị phản ứng theo

mẻ liên tiếp (SBR), được cho thêm bùn hoạt tính vào từ bể phản ứng yếm khí Thiết bị làm việc theo chu kì, gồm 3 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất, đầu vào được đưa vào thiết bị phản ứng liên tục, sau đó tiến hành khuấy, ngừng cung cấp đầu vào và sinh khối được lắng, cuối cùng, phần nước ở trên được bơm ra ngoài thiết bị phản ứng Thiết bị phản ứng được thổi vào liên tục hỗn hợp khí 95% Ar/5% CO2 để duy trì điều kiện yếm khí Việc phân lập và làm giàu anammox cần những điều kiện tối ưu, tạo điều kiện cho quá trình anammox, trong khi phải hạn chế sự sinh trưởng của các cộng đồng vi sinh vật khác Do vậy, sự vắng mặt của oxi là cần thiết

Còn khi tiến hành trong thiết bị UASB, vi khuẩn nitrat sẽ được đưa vào trong quá trình nuôi cấy làm giàu, có sử dụng thiết bị phân tán khí nhỏ và một bơm khí được sử dụng cho quá trình hiếu khí Tốc độ dòng khí 6,4 L/phút được duy trì để giữ nồng độ oxi khoảng 4 mg/L Nồng độ amoni dòng vào được tăng lên một cách từ từ cùng với sự gia tăng của quá trình tiêu thụ chất nền Khi hoạt tính đặc biệt của vi khuẩn oxi hóa nitrit cao hơn 100 mg N/g VSS ngày, thiết bị hiếu khí được loại bỏ và thiết bị phản ứng được cho chạy dưới điều kiện yếm khí sau khi đẩy oxi bằng khí Argon trong 12h Nước thải tổng hợp được đưa vào thiết bị phản ứng Khi đạt được sự loại bỏ hơn 90% amoni và nitrit thì bắt đầu tăng nồng độ dòng vào của amoni và nitrit lên, và sau một thời gian thì giảm thời

gian lưu xuống

1.4.3 Sinh học tế bào

Vi khuẩn anammox được tìm thấy đầu tiên trong những tầng nước ở biển Đen, những khu vực có nồng độ oxi thấp ở đại dương Chúng là loại cực khó để phân lập, vì vậy, không có môi trường nuôi cấy tinh khiết nào giữ lại được Tuy nhiên, khi quan trắc môi trường thấy rằng có vài môi trường nuôi cấy được làm giàu cao từ các thiết bị xử lý nước thải Toàn bộ các vi khuẩn anammox đều có các ngăn được ngăn bởi màng trong tế bào được gọi là các Anammoxosome và quá trình anammox được diễn ra ở đó Ở đây, amoni được oxi hóa thành nitrit theo con đường hydrazin (N2H4) và hydroxylamin (NH2OH) Màng của anammoxosome chứa lớp lipit mà tạo thành các barie chặt chẽ chống lại sự phá hủy, là nơi xuất hiện đặc tính đặc biệt của anammox Quá trình thủy phân làm các enzim trong màng xúc tác cho sự oxi hóa của NH4+ với NO2-, với hydrazine

và hydroxylamine, là chất trung gian và tạo ra một động lực proton đi qua màng được dùng để sản sinh ra ATP Cấu trúc màng rất chặt chẽ hạn chế sự phá hủy của proton khi đi qua màng để tăng quá trình tạo ATP Nó cũng ngăn chặn sự mất đi của các chất trung gian, và hạn chế chất trung gian hoạt động là hydrazine tới các anammoxosome, vì vậy, ngăn chặn nó tạo ra những phá hủy đối với tế bào

Để nghiên cứu về mặt sinh học tế bào của vi khuẩn anammox, người ta dùng

phương pháp xác định cấu trúc DNA và RNA Thí nghiệm được tiến hành dựa trên các mẫu lấy ra từ một hệ thống SBR Nhận thấy hơn 70% sinh khối trong hệ thống được cấu tạo bởi một loại vi khuẩn có thể dễ dàng nhận ra về mặt hình dáng Xác định cấu trúc phân tử của vi khuẩn bằng phương pháp vật lý, theo phương pháp này vi khuẩn được phân tích từ hỗn hợp bằng cách ly tâm mẫu Kết quả cho thấy trình tự DNA của mẫu đem

đi xác định rất giống với trình tự cấu trúc di truyền của Planctomycete Loại vi khuẩn mới

được tìm thấy có khả năng oxy hóa được amoni trong điều kiện yếm khí này được đặt tên

là Candidatus Brocadia Anammoxidans

Nhóm Planctomycete cho đến nay bao gồm 4 bộ với 7 loài đã được ghi nhận Rất

nhiều trình tự DNA được ghi nhận, thực tế đã chỉ ra rằng có thể có những loại khác thuộc

về nhóm Planctomycete này, một trong những loại đó là vi khuẩn anammox Trên thực tế

cũng một loại vi khuẩn anammox có tên là K.struttgartiensis vừa được tìm thấy lại được cho vào một nhóm riêng biệt, vì theo cấu trúc DNA của nó có sự giống nhau vể mặt di truyền ít hơn 90% so với Brocadia Anammoxidans đã nói ở trên, điều này chứng tỏ sự khác nhau ở mức độ bộ giữa 2 loại vi khuẩn này

2 Ứng dụng của quá trình anammox

Công nghệ Anammox là một công nghệ có tiềm năng và hiệu quả kinh tế cao cho việc loại bỏ amoni có trong nước thải ở những nơi có hàm lượng amoni cao và các chất hữu cơ khó phân hủy

Người ta đã ứng dụng quá trình Anammox vào xử lý nước thải bãi chôn lấp, dòng thải của công nghiệp cá hộp Dòng thải của công nghiệp cá hộp có độ mặn tương tự như nước biển, hàm lượng chất hữu cơ, protein cao Quá trình phân hủy yếm khí dòng thải này tạo thành một lượng lớn amoni (5000mg/l) do sự phân hủy protein, vì vậy tỉ lệ C/N trong dòng thải thấp, phù hợp để dùng phương pháp anammox để xử lý

Nước thải chứa hàm lượng cao amoni và ít chất hữu cơ như dòng ra của thiết bị phân hủy bùn cũng được xử lý bằng phương pháp này

Phản ứng Anammox xảy ra giữa amoni và nitrite với tỷ lệ mol là 1:1,32 Như vậy,

để áp dụng Anammox vào xử lý Nitơ về nguyên tắc có 2 cách sau:

Thứ nhất: Bổ sung thêm nitrite để đạt được tỉ lệ thích hợp 1:1

Thứ hai: Chuyển hóa nửa amoni ban đầu thành nitrite rồi chính nitrite sinh ra phản ứng với một nửa amoni còn lại

Hướng thứ hai chính là nguyên lý cho các ứng dụng thực tế của Anammox Như vậy, các công nghệ xử lý Nitơ mới sẽ bao gồm nitrit hóa bán phần theo sau là Anammox Mục tiêu của phương pháp này là nguồn nước có nồng độ amoni cao (>0,2 g/l) và cacbon hữu cơ thấp (tỉ lệ C:N < 0,15)

Hình 3: Sơ đồ công nghệ sử dụng bể nitrat hoá một phần và bể Anammox

2.1 SHARON và quá trình kết hợp SHARON-Anammox

SHARON là hệ thống được phát triển để xử lý Nitơ trong nước loại ra khi ép bùn, kết hợp nitrit hóa và khử nitrit Dựa vào đặc điểm là ở nhiệt độ cao (trên 300oC), các vi khuẩn oxy hóa amoni (AOB) sẽ sinh trưởng nhanh hơn các vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB), nguyên tắc của hệ thống này là lựa chọn thời gian thủy lực (HRT) đủ ngắn và vận hành ở nhiệt độ cao để cho NOB bị rửa trôi khỏi bể phản ứng và quá trình oxy hóa amoni chỉ dừng ở nitrite Metanol được dùng làm nguồn carbon cho khử nitrit

Khi SHARON đã được sử dụng chỉ với chức năng nitrite hóa để kết hợp với Anammox thành một quá trình xử lý hai giai đoạn là nitrat hóa bán phần (chuyển 50-60% amoni thành nitrit) và anammox

Hai quá trình diễn ra như sau:

Nitrat hóa bán phần: 2NH4+ + 3O2 → NH4+ + NO2- + 2H+

Anammox: NH4+ + + NO2- → N2 + H2O

Phản ứng tổng cộng: 2NH4+ + 3O2 → N2 + H2O + 2H+

H+ sinh ra thường được cân bằng bởi bicacbonat hoặc sunfit

Hai quá trình này có thể thực hiện ở hai thùng phản ứng riêng biệt hoặc ở hai tháp đơn Trước tiên, trong thiết bị phản ứng hiếu khí, amoni bị oxi hóa một phần thành nitrit Bùn hoạt tính từ thiết bị xử lý nước thải được cấy vào, sau đó quá trình anammox diễn ra tron một thiết bị phản ứng mẻ liên tiếp Bề mặt của phản ứng anammox được đậy kín để ngăn cản oxi đi vào Nitrit tạo ra cùng với amoni còn lại và sinh khối của quá trình nitrat bán phần được đưa vào quá trình anammox tiếp theo

So với hệ thống Nitrate hóa-khử nitrate truyền thống, quá trình SHARON-Anammox tiết kiệm 50% nhu cầu oxy và 100% nhu cầu bổ sung nguồn carbon hữu cơ

2.2 CANON – Quá trình loại nitơ hoàn toàn tự dưỡng qua nitrite

Quá trình làm giàu anammox thường được tiến hành trong thiết bị phản ứng theo mẻ liên tiếp (SBR), được cho thêm bùn hoạt tính vào từ bể phản ứng yếm khí Thiết bị làm việc theo chu kì:

Bước 1: Bể phản ứng kiểu SBR được nạp bùn Anammox và vận hành ở điều kiện

kỵ khí với các nước thải tổng hợp chứa cả amoni và nitrit

Bước 2: Oxy được cung cấp ở nồng độ giới hạn để phát triển các vi khuẩn nitrite hóa với nước thải tổng hợp chỉ chứa amoni và không chứa nitrit

Kết quả là khoảng 85% Nitơ trong amoni được chuyển hóa thành N2 và 15% còn lại thành Nitrat

Phân tích mẫu bùn CANON bằng kỹ thuật FISH phát hiện sự có mặt của các vi khuẩn AOB thuộc chi Nitrosomonas và vi khuẩn oxy hóa amoni kỵ khí Từ đó, cơ chế vận hành của CANON được giả thiết là sự kết hợp phản ứng nitrite hóa bán phần và phản ứng Anammox trong cùng một bể phản ứng CANON với bể phản ứng có lớp bùn nâng bởi dòng khí có thể vận hành với tải trọng Nitơ lên đến 3,7 kg-N/m3/ngày, với hiệu suất loại Nitơ là khoảng 40% Nghiên cứu chi tiết cho thấy rằng bùn CANON đã tạo thành các hạt tập hợp và các vi khuẩn Anammox thì phân bố bên trong các hạt này Các hạt tập hợp

có kích thước khác nhau có thành phần khuẩn AOB và anammox khác nhau

2.3 OLAND

OLAND cũng là một hệ xử lý Nitơ hoàn toàn tự dưỡng, có tên đầy đủ là hệ thống

nitrate hóa-khử nitrate tự dưỡng trong điều kiện giới hạn oxy

OLAND được phát triển trên hệ thống SBR, theo con đường gần như ngược lại với CANON Bùn nitrate hóa hoạt tính được cấy vào bể SBR vận hành ở điều kiện giới hạn oxy và nạp nước thải tổng hợp chứa 1000 mg NH+ - N/l ở các tải trọng khác nhau

Sau một thời gian, vi khuẩn NOB được phát hiện giảm dần (cỡ 107 lần), sự mất Nitơ dưới dạng khí N2 xuất hiện và tăng dần (40% với tải trọng 0,13 kg-N/m3/ngày) (Cơ chế loại Nitơ được giả thiết do sự oxy hóa NH4+ thành N2 bởi NO2- với một enzym tương

tự Hydroylamine oxidoreductase (HAO) của vi khuẩn nitrate hóa thông thường.)

2.4 SNAP

Cũng là quá trình xử lý Nitơ trên cơ sở kết hợp nitrite hóa bán phần và Anammox trong một bể phản ứng, SNAP sử dụng vật liệu sợi tổng hợp acrylic làm vật liệu bám cho

vi khuẩn AOB và Anammox

Bùn hoạt tính được dùng để cấy ban đầu, sau thời gian dài vận hành qua các giai đoạn nitrite hóa thì vi khuẩn Anammox sinh trưởng và kết hợp với vi khuẩn AOB cùng bám trên vật liệu chuyển hóa phần lớn amoni ban đầu thành khí Nitơ

Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với bể phản ứng 5 lít và trên nước thải tổng hợp cho thấy SNAP có thể đạt hiệu suất loại bỏ Nitơ 80% với tải trọng đến 1 kg-N/m3/ngày

Với vật liệu bám rất nhẹ, bề mặt riêng lớn (146.5 m2/m3) và khả năng bám cao (0.5 – 0.6 g-SS/g-vật liệu), SNAP có ưu thế trong việc đưa vào xây dựng và áp dụng thực

tế Kết quả phân tích 16s rDNA cho thấy bùn SNAP chứa các vi khuẩn AOB có mức độ tương tự cao với Nitrosomonas europaea, vi khuẩn anammox rất gần với dòng KU-2 và vi khuẩn NOB tương tự Nitrospira sản phẩm

3 So sánh phương pháp nitrat hóa truyền thống với phương pháp nitrat hóa bán phần/Anammox

Giá thành của quá trình loại bỏ Nitơ bằng phương pháp nitrat – đề nitrat hóa truyền thống tương đối lớn do liên quan đến nhu cầu đòi hỏi oxi và chất hữu cơ

Quá trình Nitrate hóa:

NH4+ + 2O2 = NO3- + H2O + 2H+

NH4+ + 1.5O2 = NO2- + H2O + 2H+

Quá trình Denitrate hóa:

6NO3- + 5CH3OH + 3 CO2 = 3N2 + 8HCO3- + 6H2 6NO2- + 3CH3OH + 3 CO2 = 3N2 + 6HCO3- + 3H2 Trong quá trình nitrat hóa, việc đưa oxi (không khí) vào nước thải để oxi hóa amoni cần một lượng lớn năng lượng Thêm vào đó, lượng BOD có mặt trong nước thải thường có giới hạn nên cần đưa thêm BOD bằng cách bổ sung methanol cho quá trình denitrat hóa

Vì vậy, việc loại bỏ hoàn toàn N trong nước thải có chứa hàm lượng N cao đòi hỏi bổ