Tại sao việc duy trì vi khuẩn loại bỏ NH3 và NO2 là một thách thức?

Các nhà máy xử lý nước thải sẽ dễ vận hành hơn nhiều nếu chúng ta không phải lo lắng về ammonia hoặc nitrite có trong nước thải. Tuy nhiên ammonia (NH₃) và nitrite (NO₂-) đều là những chất gây ô nhiễm chính trong nước thải và cần được loại bỏ trước khi thải ra môi trường. 

Trong nuôi tôm NH₃ và NO₂ là sản phẩm của quá trình ôxy hoá nitơ hữu cơ có nguồn gốc từ lượng đạm có trong nước và là nguyên nhân khiến cho tôm tấp mé, nổi đầu, chậm lớn, dễ nhiễm bệnh, đặc biệt có thể chết hàng loạt. Khi hàm lượng NO₂ cao trong nước NO₂ kết hợp với Hemocyanin trong máu tôm làm mất khả năng vận chuyển ôxy trong máu từ đó khiến tôm nuôi bị ngạt. Khi tôm bị ngạt mãn tính sẽ yếu, dễ mắc bệnh hoặc chết khi sốc môi trường. Với cá, nitrite ngăn cản Hemoglobin tiếp nhận ôxy và gây độc cho cá.

Tích lũy nitrite quá mức là một vấn đề phổ biến và gây khó khăn đối với nuôi trồng thủy sản thâm canh. Hiện nay tại rất nhiều vùng nuôi tôm trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, hiệu quả khống chế khí độc trong ao tôm như NH₃, NO₂ vẫn còn nan giải.

Nhưng tại sao các chủng vi khuẩn oxy hóa ammonium thành nitrate (ammonium oxidation bacteria – AOB) và vi khuẩn oxy hóa nitrite (NOB) lại hoạt động chưa thật sự hiệu quả trong nước thải? Bài viết của Erik Rumbaugh đăng trên asterbio.com đã đưa ra một cái nhìn toàn cảnh về lý do tại sao AOB & NOB lại phát triển quá chậm, dễ bị sụp đổ và khó gây lại một khi đã mất.

Vi sinh vật nitrat hóa (nitrifiers - AOB/NOA) là những vi khuẩn tăng trưởng chậm

So với hầu hết các loài vi khuẩn dị dưỡng trong nước thải, nitrifier là những chủng vi khuẩn có sự phát triển chậm. Ngay cả trong điều kiện tốt nhất, AOB mất tới 12 giờ để phân chia tế bào. Trong khi đó các vi khuẩn dị dưỡng phổ biến có thể phân chia cứ sau 30 - 60 phút.

Vi sinh vật nitrat hóa thu được ít năng lượng hơn từ quá trình trao đổi chất

Một cách thú vị để nói rằng cả AOB & NOB không nhận được nhiều năng lượng từ quá trình oxy hóa amoniac và nitrit khi so sánh với các vi khuẩn phân hủy BOD (hữu cơ).

Chúng yêu cầu nguồn oxy dồi dào

Nhiều vi khuẩn nước thải có thể phát triển mạnh khi hàm lượng oxy hòa tan DO dưới 1 mg/L. Nhưng quá trình oxy hóa amoniac thành nitrat đòi hỏi rất nhiều oxy. Do đó, AOB & NOB hoạt động tốt nhất khi oxy trong nước phong phú.

Dễ bị ức chế hoặc tiêu diệt

Vi sinh vật nitrat hóa bị ức chế bởi nhiều hợp chất phổ biến. Trong khi có rất nhiều hợp chất trong nước thải công nghiệp, vi sinh vật nitrat hóa dễ bị ức chế bởi các amine, dung môi, sulfide và phenol. Ngay cả tải trọng hữu cơ cao, hàm lượng oxy hòa tan DO thấp cũng dẫn đến ức chế hoạt động của vi sinh vật nitrat hóa.

Có phạm vi môi trường hẹp để tăng trưởng

Tăng trưởng tốt nhất của các vi sinh vật nitrat hóa ở pH trong khoảng 7,5 - 8.2. Nhiệt độ 20 – 38^oC. Ngoài phạm vi này, tốc độ tăng trưởng giảm xuống mức tới hạn.

Để chắc chắn rằng vi sinh vật nitrat hóa phát triển tốt:

• Kiểm tra DO của nước thải thường xuyên. 

• Là tuổi bùn của bạn đủ lâu để ngăn chặn rửa trôi vi sinh vật nitrat hóa. Nếu tuổi bùn

• Cải thiện việc theo dõi các quần thể AOB/NOB bằng cách sử dụng kết hợp xét nghiệm phân tử (DNA). MCA tìm thấy các vi sinh vật nitrat hóa có mặt. 

Những nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học Châu Á là Junqian Gao (2018) đã tìm ra một chủng vi sinh đơn thuộc nhóm Bacillus có khả năng xử lý NH₃, NO₂ trong ao tôm hiệu quả.  Đó là vi khuẩn Bacillus megaterium S379, chúng có tỷ lệ loại bỏ nitrite rất cao và có khả năng thích ứng với môi trường tuyệt vời. Hy vọng rằng chủng vi khuẩn này sẽ nhanh chóng được sản xuất thương mại để phục vụ cho xử lý nitrite trong nuôi trồng thủy sản.