Nghiên cứu chuyển đổi ammonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng Nitrification và Anammox

Chuyên khảo phân tích Chuyển đổi ammonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng việc ứng dụng quá trình nitrification và, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Nguyeãn Thanh Huøng
• Trường học: Viện Sinh Học Nhiệt Đới
• Chuyên ngành: Công Nghệ Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Chuyển Đổi Ammonium Trong Nước Thải Chăn Nuôi Heo Bằng Nitrification Và Anammox
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chuyển Đổi Ammonium Trong Nước Thải Heo

Nghiên cứu về chuyển đổi ammonium trong nước thải chăn nuôi heo là một vấn đề cấp thiết. Ngành chăn nuôi tiêu thụ lượng nước lớn, thải ra nước thải chứa nồng độ ammonium cao. Việc xả thải N-ammonium gây phú dưỡng hóa, ô nhiễm nguồn nước, mất cân bằng sinh thái. Nghiên cứu ứng dụng các quá trình khử ammonium trong nước thải giàu nitơ có ý nghĩa thực tiễn cao. Ở Việt Nam, xử lý nước thải thường chú trọng COD, BOD, chưa quan tâm đúng mức đến ammonium. Việc ứng dụng quá trình Nitrification - Anammox để xử lý nước thải công nghiệp là một hướng đi tiềm năng, phù hợp với quan điểm phát triển bền vững, tăng trưởng kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Việc Xử Lý Ammonium Trong Nước Thải

Nước thải chăn nuôi heo chứa hàm lượng ammonium cao, gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Xử lý ammonium giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Theo luận văn gốc, việc nghiên cứu ứng dụng quá trình Nitrification - Anammox là một hướng đi mới, mang ý nghĩa về mặt khoa học và phù hợp với quan điểm phát triển bền vững. N-ammonium là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, dẫn đến ô nhiễm và mất cân bằng sinh thái.

1.2. Giới Thiệu Quá Trình Nitrification và Anammox

Nitrification là quá trình oxy hóa ammonium thành nitrite và nitrate bởi vi sinh vật hiếu khí. Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) là quá trình oxy hóa ammonium kỵ khí bằng nitrite để tạo thành khí nitơ. Kết hợp hai quá trình này giúp loại bỏ ammonium hiệu quả, chuyển đổi thành khí nitơ vô hại. Ứng dụng quá trình Nitrification –Anammox, là quá trình khử ammonium bằng vi sinh vật hiếu khí- kỵ khí trong nước thải ngành chăn nuôi để cho sản phẩm cuối cùng là khí nitơ, một loại khí được xem như vô hại đối với môi trường.

II. Thách Thức Xử Lý Nước Thải Chăn Nuôi Heo Hiện Nay Tại Việt Nam

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý nước thải, việc áp dụng hiệu quả trong thực tế vẫn còn hạn chế. Nhiều cơ sở chăn nuôi chưa có hệ thống xử lý phù hợp hoặc hoạt động không hiệu quả. Chi phí đầu tư và vận hành hệ thống xử lý, kiến thức về công nghệ, và ý thức về bảo vệ môi trường là những yếu tố cản trở. Các xí nghiệp chăn nuôi heo thường xả trực tiếp nước thải ra các kênh rạch, sông suối. Việc này gây ô nhiễm nghiêm trọng và ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của cộng đồng. Hồ Chí Minh chỉ có một số ít các cơ sở, xí nghiệp chăn nuôi có trang bị hệ thống xử lý nước thải và hầu hết là thải bỏ ra các kênh rạch, sông suối.

2.1. Thiếu Đầu Tư và Công Nghệ Xử Lý Hiệu Quả

Nhiều cơ sở chăn nuôi còn sử dụng công nghệ lạc hậu, hiệu quả xử lý thấp. Việc đầu tư vào công nghệ mới, hiện đại đòi hỏi chi phí lớn, gây khó khăn cho các doanh nghiệp. Chi phí vận hành, bảo trì hệ thống cũng là một gánh nặng tài chính. Các thông số công nghệ thu được từ thực nghiệm sẽ tạo cơ sở ban đầu cho việc thiết kế quy trình công nghệ xử lý ammonium trong nước thải chăn nuôi heo.

2.2. Ý Thức Bảo Vệ Môi Trường Còn Hạn Chế

Ý thức của các nhà quản lý và người dân về bảo vệ môi trường còn thấp. Nhiều người chỉ quan tâm đến lợi nhuận kinh tế mà bỏ qua các tác động tiêu cực đến môi trường. Việc tuyên truyền, giáo dục nâng cao nhận thức là cần thiết. Nguyên nhân của việc trên là do ý thức của các nhà quản lý ở các xí nghiệp chăn nuôi chưa coi việc xử lý nước thải là thật sự cần thiết. Ngành chăn nuôi là một trong những ngành quan trọng ở nước ta nói chung và ở thành phố nói riêng vì thế vấn đề xử lý nước thải chăn nuôi heo là một tất yếu phải làm nhằm phát triển kinh tế bền vững.

III. Phương Pháp Nitrification và Anammox Giải Pháp Xử Lý Ammonium

Quá trình Nitrification và Anammox là một giải pháp hiệu quả để loại bỏ ammonium từ nước thải chăn nuôi heo. Kết hợp hai quá trình này giúp chuyển đổi ammonium thành khí nitơ vô hại, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Quá trình Nitrification diễn ra trong điều kiện hiếu khí, trong khi Anammox diễn ra trong điều kiện kỵ khí. Việc kiểm soát các điều kiện môi trường là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả xử lý. Việc ứng dụng quá trình Nitrification và Anammox có khả năng xử lý triệt để nguồn ô nhiễm dạng nitơ trong nước thải, vì sản phẩm cuối cùng của quá trình là khí nitơ được coi là vô hại đối với hệ sinh thái.

3.1. Cơ Chế Hoạt Động Của Quá Trình Nitrification

Nitrification là quá trình oxy hóa ammonium (NH₄⁺) thành nitrite (NO₂⁻) bởi vi khuẩn Nitrosomonas và nitrite thành nitrate (NO₃⁻) bởi vi khuẩn Nitrobacter. Quá trình này đòi hỏi sự có mặt của oxy và pH thích hợp. Các vi khuẩn tham gia quá trình Nitrification là Nitrosomonas, Nitrobacter. Nghiên cứu điều kiện môi trường thích hợp để vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter và Anammox trong bùn thải phát triển tốt.

3.2. Cơ Chế Hoạt Động Của Quá Trình Anammox

Anammox là quá trình oxy hóa ammonium (NH₄⁺) kỵ khí bằng nitrite (NO₂⁻) để tạo thành khí nitơ (N₂). Quá trình này được thực hiện bởi vi khuẩn Anammox, đòi hỏi điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt. Quá trình diễn ra trong điều kiện sục khí có giới hạn nên giảm tiêu hao năng lượng một cách đáng kể. Mặt khác không cần phải thêm chất dinh dưỡng nên có thể tiết kiệm lượng hóa chất lớn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Mô Hình SHARON ANAMMOX Xử Lý Nước Thải Heo

Mô hình SHARON-ANAMMOX là một hệ thống phản ứng ghép kết hợp quá trình Nitrification (SHARON) và Anammox để xử lý nước thải giàu ammonium. Hệ thống này có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành, và hiệu quả xử lý cao. Mô hình được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp và chăn nuôi. Việc ứng dụng quá trình Nitrification – Anammox để xử lý nước thải công nghiệp đang là đề tài hấp dẫn các nhà sinh vật học và môi trường học.

4.1. Ưu Điểm Của Mô Hình SHARON ANAMMOX

Mô hình SHARON-ANAMMOX có nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý truyền thống. Tiết kiệm năng lượng do quá trình Anammox diễn ra trong điều kiện kỵ khí. Giảm chi phí vận hành do không cần bổ sung hóa chất. Hiệu quả xử lý cao, chuyển đổi ammonium thành khí nitơ vô hại. Sản phẩn cuối cùng của quá trình là khí nitơ không độc hại với môi trường.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu và Đánh Giá Hiệu Quả

Nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của mô hình SHARON-ANAMMOX trong điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy mô hình có khả năng loại bỏ ammonium hiệu quả, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải. Các thông số như pH, nhiệt độ, và DO ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Phân tích các chỉ tiêu N-NH4 , N-NO2 , N-NO3 , COD , P-PO4 , Fe , PH , SS, DO ….của nước thải đầu vào và đầu ra. Đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý trong các điều kiện khác nhau.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Chuyển Đổi Ammonium

Nghiên cứu về chuyển đổi ammonium trong nước thải chăn nuôi heo bằng Nitrification và Anammox là một lĩnh vực tiềm năng. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí, và ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Hướng phát triển bao gồm nghiên cứu các loại vi sinh vật mới, cải tiến thiết kế hệ thống, và tích hợp các công nghệ khác. Đề xuất xây dựng công nghệ thích hợp để xử lý ammonium cho ngành chăn nuôi heo.

5.1. Tính Mới và Ý Nghĩa Khoa Học Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này có tính mới và ý nghĩa khoa học cao, góp phần vào việc phát triển công nghệ xử lý nước thải tiên tiến. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý ammonium hiệu quả. Đây là đề tài mới được nghiên cứu ở Việt Nam trong những năm gần đây nên có tính khoa học cao nhằm tạo cho những nghiên cứu tiếp theo và khả năng ứng dụng kỹ thuật sinh học kỵ khí, hiếu khí với việc sử dụng nhóm vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter và Anammox, để xử lý nước thải có nồng độ ammonium cao.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai và Ứng Dụng Thực Tiễn

Nghiên cứu tương lai cần tập trung vào việc tìm kiếm các loại vi sinh vật có khả năng xử lý ammonium hiệu quả hơn, cải tiến thiết kế hệ thống để giảm chi phí, và tích hợp các công nghệ khác để nâng cao hiệu quả xử lý. Đồng thời cần có các chính sách hỗ trợ để khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải tiên tiến. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí, và ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Hướng phát triển bao gồm nghiên cứu các loại vi sinh vật mới, cải tiến thiết kế hệ thống, và tích hợp các công nghệ khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở Đầu Đối với nhiều loại nước thải có chứa hàm lượng các chất dinh dưỡng (N, P) trung bình và cao, việc xử lý loại các thành phần này trước khi xả thải là một nhu cầu quan trọng, nhằm hạn chế sự ô nhiễm nước ngầm, nước mặt. Nguy cơ tác động lớn nhất khi thải nước thải giàu N, P vào các vực nước mặt là hiện tượng phú dưỡng (eutrophication). Hậu quả của phú dưỡng là kích thích sự phát triển mạnh các loài tảo, làm phá vỡ chuỗi thức ăn ổn định của các hệ sinh thái thủy vực nguồn nhận, gây ô nhiễm nước (tạo ra mùi tanh, làm suy giảm oxy hòa tan ở giai đoạn suy tàn…) và bồi cạn các vực nước này. Đối với nitơ, tiêu chuẩn thải của Việt Nam TCVN 5945- 1995 quy định giới hạn nồng độ tổng nitơ trong nước thải được phép thải vào các vực nước cho các mục đích sử dụng khác nhau từ 30-60 mg/l; còn trên giới hạn 60 mg/l thì không được phép thải vào môi trường.

Các loại nước thải thường chứa hàm SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng 18 lượng N-NH4 cao là nước thải thuỷ sản, nước thải rỉ rác, nước thải chăn nuôi heo,…[15],[16] Các hệ thống xử lý nước thải bậc 2 thông thường được thiết kế để loại các chất hữu cơ ( đánh giá qua các thông số BOD5, COD ), và chỉ có hiệu quả loại nitơ một phần. Do vậy, việc lọai nitơ thường phải được tiến hành ở giai đoạn tiếp theo sau – tức xử lý bậc cao. Công nghệ sinh học truyền thống để xử lý nitơ lâu nay là dựa vào sự kết hợp của 2 quá trình: nitrat hóa (nitrification) và khử nitrat (denitrification). Tuy nhiên, công nghệ xử lý truyền thống này có những hạn chế nhất định và sự cải tiến công nghệ xử lý nitơ đã được quan tâm từ những thập niên cuối thế kỷ XX.

Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơ mới chưa từng được biết đến trước đó về cả lý thuyết và thực nghiệm đã được phát hiện. Đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí ammonium (Anaerobic Ammonium Oxidation, viết tắt là Anammox) – trong đó ammonium được oxy hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hữu cơ, để tạo thành nitơ phân tử [20]. Sự phát hiện phản ứng Anammox đã mở ra các hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với các nước thải có hàm lượng nitơ cao. Trong vòng 2 thập niên qua, đã bùng nổ các nghiên cứu liên quan đến anammox và ứng dụng của nó.

Trên bình diện lý thuyết, chu trình nitơ tự nhiên trong sách giáo khoa đã được bổ sung một mắc xích mới, còn trên bình diện công nghệ, đã có nhà máy xử lý nitơ phi truyền thống được xây dựng và vận hành. Tham khảo một số tài liệu trong và ngoài nước, nhận thấy rằng ngoài chu trình biến đổi nitơ thông thường còn có sự biến đổi kỵ khí trong quá trình oxy hóa ammonium với sự có mặt của một chủng vi sinh vật tự dưỡng (Anammox) đồng thời nitrate đóng vai trò chất nhận điện tử. Theo vòng chuyển hóa dưới đây: bùn đỏ được phân lập từ bùn hoạt tính bể kỵ khí của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo (Xí nghiệp heo giống Đông Á, huyện Dĩ An, Tỉnh Bình Dương). Bùn này có khả năng làm giảm nồng độ N-NH4 và N-NO2 và cho ra N2 và N-NO3 trong điều kiện kỵ khí không cần ánh sáng.

Theo phương trính Van de Graaf et al.,1995 và Strous et al., 1997 đã đưa ra với cơ chế sẽ trình bày dưới đây NH4+ + 1.03 H2O SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng 19 II. Tổng Quan Về Tình Hình Nghiên Cứu Ammonium Trên Thế Giới Quá trình nghiên cứu ammonium trong nước thải đã được nghiên cứu rất nhiều cả trong và ngoài nước, bằnng nhiều phương pháp khác nhau được thể hiện ở dưới bảng 3 và 4.[21],[25] Bảng 3:Anh hưởng của các công nghệ xử lý khác nhau đến các hợp chất Nitơ Tác động hoặc cộng nghệ Các hợp chất hữu cơ Khử nitơ xử lý Nitơ hữu cơ NH3 ,N-NH4 N-NO3 tổng số của toàn bộ quá trình (%) Công nghệ sinh học Trong vi khuẩn đồng hóa 0 40 – 70 % Phản nitrate 0 0 Thu hoạch tảo NH3 , N-NH4 Tế bào Tế bào Nitrate hóa Giới hạn N-NO3 0 Ao oxy hóa NH3 , N-NH4 Một ít do khí Nitrite và 20 – 90 đẩy denitrite Công nghệ hóa học Khử bằng chlor Không chắc 90 – 100 % 0 80 – 95 chắn Hấp phụ bằng cacbon 30 – 50 % Ít Ít 10 – 20 Trao đổi ion với nitrate Nhẹ Nhẹ 75 – 90 % 70 – 90 Tác dụng vật lý Lọc 30 – 90 % Nhẹ Nhẹ 20 – 40 Đuổi khí 0 60 – 90 % 0 50 – 90 Điện ly 100% 30 – 50 % 30 – 50 % 40 – 50 Bảng 4: Ưu và khuyết điểm của các công nghệ xử lý khác nhau đến ammonium Công nghệ xử lý ammonium Ưu điểm Khuyết điểm Tác dụng vật lý Công nghệ đơn giản (cổ điển) Hiệu suất không cao Công nghệ hóa học Hiệu suất cao Chi phí vận hành cao, gây ô nhiễm thư cấp Công nghệ sinh học Hiếu khí và thiếu khí Diện tích nhỏ Chi phí ban đầu cao, tốn năng lượng Ao thực vật thủy sinh Công nghệ đơn giản (cổ điển) Diện tích lớn, phải chon lọc hệ thực vật thủy sinh Kỵ khí Diện tích rất nhỏ, chi phí đầu Nhóm vi khuẩn phát tư thấp, hiệu suất cao triển chậm SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng 20 Ammonium được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng các quá trình trên chỉ xử lý ammonium ở tải trọng trung bình. Còn với công nghệ mới (Anammox) thì quá trình xử lý đơn giản hơn, ít tốn năng lượng. Tác Hại Của Việc Xả Bỏ Ammonium Vào Môi Trường [1],[2],[20] Ammonium và muối ammonium là độc tố đối với cá, với nồng độ rất nhỏ từ 1.2 – 2 ppm cũng có thể làm chết cá.

Nồng độ ammonium trong nước nuôi cá phải nhỏ hơn 1. Cá có thể chịu được nồng độ urê cao 1600 ppm. Nhưng trong điều kiện kỵ khí đối với nồng độ urê nhỏ lại độc đối với cá và vi sinh vật vì ở điều kiện đó urê phân hủy thành ammoniac và khí cacbonic tự do. Các amin cũng gây độc tố đối với các loài thủy sinh và còn làm tăng nhu cầu oxy và clo.

Vì thế đối với nguồn có nồng độ amin và nitơ dạng ammonium cao thì trong xử lý nước cần lượng clo lớn và thời gian tiếp xúc khử trùng phải lâu hơn. Các hợp chất photphat và nitơ có trong nước với nồng độ cao gây nên hiện tượng phú dưỡng trong các sông, hồ. Hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước là hiện tượng các loại rong tảo trong nước phát triển quá mức do có sự dư thừa về chất dinh dưỡng, mà cụ thể đó là các hợp chất của nitơ và photpho. Khi các loài rong tảo ấy phát triển mạnh sẽ dẫn đến sự bao phủ mặt nước làm cho các loài sinh vật biển khác thiếu không khí dẫn đến ngộ độc.

Mặt khác chúng hô hấp vào ban ngày cũng gây nên sự thiếu hụt oxy. Các loại sinh vật nhạy cảm với oxy sẽ bị chết và dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất nitơ hưu cơ, ammonium hoặc NH4OH , thì chứng tỏ nước mới bị ô nhiễm. NH3 sẽ gây độc đối với cá và các sinh vật khác trong nước Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrite (NO2) thì chứng tỏ nước đã bị ô nhiễm một thới gian dài hơn vì muối ammonium đã bị oxy hóa thành nitrite Nếu trong nước có các hợp chất N chủ yếu là nitrate (NO3) thì chứng tỏ quá trình phân hủy đã kết thúc. Tuy vậy các nitrate chỉ bền ở điều kiện hiếu khí, khi ở điều kiện thiếu khí hoặc kỵ khí các nitrate dễ bị khử thành N2O, NO và nitơ phân tử tách khỏi nước bay vào không khí.

Nếu nitrate ở trong nước cao có thể gây độc đối với người (vì khi vào cơ thể, với điều kiện thích hợp ở đường tiêu hóa, nitrate sẽ biến SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng 21 thành nitrite chất này sẽ kết hợp với hồng cầu thành chất không vận chuyển oxy, gây bệnh thiếu máu) Ammoniac(NH3) trong nước tồn tại ở dạng NH3 và NH4+ (NH4OH, NH4NO3 , (NH4)2SO4 … ) tùy thuộc vào pH của nước vì nó là một bazơ yếu. NH3 hoặc NH4+ có trong nước cùng với photphat thúc đẩy quá trình phú dưỡng của nước. Tính độc của ammoniac cao hơn ion ammonium.01 mg/l NH3 đã gây độc cho cá qua đường máu: nồng độ từ 0.5 mg/l đã gây độc cấp tính. Trong nước mặt tự nhiên, vùng không ô nhiễm có hàm lượng ammonium nhỏ hơn 0.05 ppm; trong nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm và một số ngành công nghiệp khác có hàm lượng ammonium từ 10 đến vài trăm mg/l.

Ơ Hà Lan quy định hàm lượng ammonium trong nước mặt trên 5 mg/l là nước ô nhiễm nặng. FAO quy định cho nước nuôi cá có nồng độ ammonium không vượt quá 0.2 mg/l đối với cá Salmonid ( cá hồi) và 0.8 mg/l đối với họ cá Cyprinid (cá chép) Nitrate (NO3) là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa N có trong chất thải của người, động vật và thực vật. Trong nước tự nhiên nồng độ nitrate thường nhỏ hơn 5 mg/l: vùng bị ô nhiễm do chất thải hoặc phân bón hóa học thì hàm lượng nitrate trong nước trên 10 mg/l, làm cho rong tảo dẽ phát triển gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản. Bản thân nitrate không phải là chất có độ tính, nhưng ở trong cơ thể nó bị chuyển hóa thành nitrite (NO2) rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành các hợp chất nitrozo là chất có khả năng gây ung thư.

Hàm lượng nitrate (NO3) trong nước cao, nếu uống phải sẽ gây bệnh thiếu máu, làm trẻ xanh xao (bệnh methaemoglobinaemia, blue baby) do chức năng của haemoglobin bị giảm. Nguyên nhân làm giảm chức năng của haemoglobin là do lượng nitrate tăng trong cơ thể. Theo quy định của WHO, nitrate có trong nước uống không quá 10mg/l (tính theo N) hoặc 45mg/l (tính theo NO3) [16],[19] II. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Xử Lý Nitơ Truyền Thống Các hệ thống xử lý nitơ truyền thống dựa trên sự kết hợp 2 giai đoạn nitrat hóa (nitrification) và denitrat hóa (denitrification).[20],[22] SVTH:Nguyeãn Thanh Huøng 22 II.

Quá Trình Nitrate Hóa Ở giai đoạn nitrat hóa, Ammonium trong nước thải được oxi hóa đến nitrat qua 2 bước nitrit hóa (nitritation) và oxy hóa nitrit (nitratation). Đây là giai đoạn xảy ra trong điều kiện hiếu khí.