Làm thế nào để bể nitơ trong không khí biến đổi thành dạng nitơ mà cây có thể sử dụng được?

1. Đáp án:

   Giải thích các bước giải:

   Để biến nito trong không khí để trở thành dạng mà cây mà sử dụng được là : sử dụng chu trình Nitơ ( oxi hóa amoni kị khí )

   Phương trình phản ứng hóa học : NH4+NO2->N2+2H20

   Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi khuẩn sống trong đất và các loại vi khuẩn nitrat hóa khác. Trong giai đoạn nitrat hóa đầu tiên này, sự ôxy hóa amoni (NH4+) được tiến hành bởi các loài vi khuẩnNitrosomonas, quá trình này chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO2–).

   Hoặc cách khác :

   – Nguồn N trong không khí:

   + Khi có sấm chớp: N2+ O2-> HNO3-> các hợp chất nitrat -> cây dễ hấp thụ.

   + Hoạt động của các VSV tự do và cộng sinh có khả năng cố định nitơ cho đất, từ đó biến đổi thành các hợp chất chứa nitơ => cây dễ hấp thụ

   – Nguồn N trong đất:Do sự phân huỷ xác, bã động, thực vật

   + Sự hoá mùn: Xác động, thực vật nhờ vi khuẩn, nấm phân giải thành chất mùn -> các aa

   + Sự hoá amoniac: các aa tiếp tục nhờ vi khuẩn phân giải thành ure sau đó được phân giải tiếp tục thành NH3

   + Sự hoá nitrit: NH3oxihoá thành HNO2sau đó hình thành muối nitrit

   + Sự hoá nitrat: HNO2oxihoá thành HNO3sau đó hình thành muối nitrat

   Một số cây xanh có khả năng sư dụng nito là : cây cảnh cây hoa lan

PHẦN I. KIẾN THỨC

I.Vai trò sinh lí của nguyên tố nitơ

-Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu của thực vật. Nitơ được rễ cây hấp thụ từ môi trường ở dạng NH4+và NO3-. Trong cây NO3-được khử thành NH4+.

- Nitơ có vai trò quan trọng đối với đời sống của thực vật:

• Vai trò chung: Đảm bảo cho cây sinh trưởng và phát triển tốt
• Vai trò cấu trúc:
  • Tham gia cấu tạo nên các phân tử protein, enzim, coenzim, axit nucleic, diệp lục, ATP …
  • Nito có trong các chất điều hòa sinh trưởng.
  • Dấu hiệu khi cây thiếu nguyên tố Nitơ là cây sinh trưởng kém, xuất hiện màu vàng nhạt trên lá.
• Vai trò điều tiết:
  • Tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất và trạng thái ngậm nước của tế bào → ảnh hưởng đến mức độ hoạt động của tế bào.

→ Nitơ có vai trò quyết định đến toàn bộ các quá trình sinh lý của cây trồng

- Ví dụ: cây thiếu Nitơ

II. Quá trình đồng hóa Nitơ ở thực vật

- Rễ cây hấp thụ nitơ ở dạng NH4+ (dạng khử) và NO3- (dạng oxi hóa) từ đất nhưng nitơ trong các hợp chất hữu cơ cấu trúc nên mô, tế bào thì chỉ tồn tại ở dạng khử.

→ Vì vậy, sự đồng hóa nitơ trong mô thực vật gồm 2 quá trình: khử nitrat và đồng hóa amôn.

1.Quá trình khử nitrat

-Là quá trình chuyển hoá NO3-thành NH4+,có sự tham gia của Mo và Fe (hoạt hóa các enzim tham gia vào quá trình khử).

- Được thực hiện ở mô rễ và mô lá theo sơ đồ:

NO3-(nitrat)→NO2-(nitrit)→NH4+(amoni)

- Các bước khử có sự tham gia của các enzim khử -reductaza

NO3-­­ + NAD(P)H + H+ +2e- → NO2- + NAD(P)+ + H2O

NO2- + 6 Feredoxin khử + 8H+ + 6e- → NH4+ + 2H2O

- Điều kiện cho quá trình khử nitrat:

• Có các enzim đặc hiệu xúc tác cho các phản ứng
• Có các lực khử mạnh

- Ý nghĩa: Hạn chế tích lũy nitrat trong mô thực vật.

2.Quá trình đồng hoá NH4+ trong mô thực vật:

- Quá trình đồng hóa NH4+ diễn ra theo 3 con đường:

Amin hoá trực tiếp các axit xêtô:

• Axit xêto + NH4+ →Axit amin.
• Ví dụ: Axit α-xetoglutaric + NH4+ → Axit glutamic

Chuyển vị amin:

• Axit amin + axit xêto →a. amin mới + a. xêto mới
• Ví dụ: Axit glutamic + Axit piruvic → Alanin + Axit α-xetoglutaric

Hình thành amit: là con đường liên kết phân tử NH3với axit amin đicacboxilic.

• Axit amin đicacboxilic + NH4+ →amit
• Ví dụ: Axit glutamic + NH4+ → Glutamin

- Ý nghĩa của sự hình thành amit: Sự hình thành amit có ý nghĩa sinh học quan trọng

• Đó là cách giải độc NH3tốt nhất (NH3tích luỹ lại sẽ gây độc cho tế bào)
• Amit là nguồn dự trữ NH3cho quá trình tổng hợp a. amin khi cần thiết.

III. Nguồn cung cấp Nitơ tự nhiên cho cây

IV. Quá trình chuyển hóa Nitơ trong đất và cố định Nitơ

1. Quá trình chuyển hóa nitơ trong đất

- Con đường chuyển hóa nitơ hữu (trong xác sinh vật) trong đất thành dạng nitơ khoáng (NO3- và NH4+) gồm 2 giai đoạn:

*Quá trình amôn hóa: Các axit amin nằm trong các hợp chất mùn, trong xác bã động vật, thực vật sẽ bị vi sinh vật (Vi khuẩn amôn hóa) trong đất phân giải tạo thành NH4+ theo sơ đồ:

- Quá trình amôn hóa diễn ra như sau:

• Chất hữu cơ trong đất →RNH2 + CO2 + phụ phẩm
• RNH2 + H2O →NH3 + ROH
• NH3 + H2O → NH4+ + OH-

*Quá trình nitrat hóa: khí NH3 được tạo thành do vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ bị vi khuẩn hiếu khí (vi khuẩn nitrat hóa) như Nitrosomonas oxy hóa thành HNO2 và Nitrosobacter tiếp tục oxi hóa HNO2 thành HNO3 theo sơ đồ:

- Quá trình nitrat hóa diễn ra như sau:

• 2NH3 + 3O2→ 2 HNO2 + H2O
• 2 HNO2 + O2→ 2 HNO3

* Lưu ý: Trong điều kiện môi trường đất kị khí, xảy ra quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ phân tử (NO3- → N2) gọi là quá trình phản nitrat hóa:

=> Hậu quả: gây mất mát nitơ dinh dưỡng trong đất

2. Quá trình cố định nitơ phân tử

- Khái niệm: Quá trình cố định nitơ là quá trình liên kết N2 với H2 thành NH3.

=> Ý nghĩa: có vai trò quan trọng trong việc bù đắp lượng nitơ mất đi do cây trồng sử dụng trong quá trình sinh trưởng và phát triển.

- Cố định nitơ phân tử diễn ra theo 2 con đường: Con đường vật lý – hóa học và con đường sinh học.

*Con đường vật lý hóa học: xảy ra trong điều kiện có sấm sét, tia lửa điện,...

*Con đường sinh học:

- Là con đương cố định nitơ phân tử nhờ các vi sinh vật thực hiện.

- Vi sinh vật cố định nitơ gồm 2 nhóm:

• Nhóm vi sinh vật sống tự do: vi khuẩn lam, Azotobacter, Clotridium, Anabeana, Nostoc,...
• Nhóm vi sinh vật sống cộng sinh với thực vật: Các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ Đậu, Anabeana azollae trong bèo hoa dâu,...

- Các VSV cố định nitơ có enzim nitrogenaza có khả năng bẻ gẫy 3 liên kết trong phân tử N2 để N liên kết với H tạo ra NH3. Trong môi trường nước, NH3 chuyển thành NH4+.

- Quá trình cố định nitơ phân tử có thể tóm tắt:

- Cơ sở khoa học: Vi khuẩn cố định nitơ có khả năng tuyệt vời như vậy là do trong cơ thể chúng có chứa 1 loại enzim đọc nhất vô nhị là Nitrogenaza. Enzim nay có khả năng bẻ gẫy ba liên kết cộng hóa trị giữa 2 nguyên tử nitơ để liên kết với H2 tạo thành NH3, trong môi trường nước NH3 chuyển thành NH4+

- Điều kiện để quá trình cố định nitơ diễn ra:

• Có các lực khử mạnh với thế năng khử cao (NAD, FADP).
• Được cung cấp năng lượng ATP
• Có sự tham gia của enzim Nitrogenaza
• Thực hiện trong điều kiện kị khí

- Ý nghĩa: có tầm quan trọng trong cải tạo đất nghèo dinh dưỡng, hàng năm các loại vi sinh vật cố định nitơ có khả năng tổng hợp khoảng 100-400 kg nitơ/ha.

V. Phân bón với năng suất cây trồng và môi trường

1.Bón phân hợp lí và năng suất cây trồng

- Để cây trồng có năng suất cao cần phải bón phân hợp lí bằng cách:

• Đúng loại: Bón đúng loại phân;
• Đúng lượng: Bón đủ liều lượng cần bón, và tỉ lệ các thành phần dinh dưỡng;
• Đúng lúc: Bón đúng nhu cầu của giống, loài cây trồng, phù hợp với thời kì sinh trưởng và phát triển của cây, phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng, đất đai, điều kiện thời tiết, mùa vụ;
• Đúng cách: Bón đúng cách.

2.Các phương pháp bón phân

-Bón phân qua rễ (bón vào đất):

• Rễ cây có khả năng hấp thụ các ion khoáng từ đất.
• Bón phân vào đất có 2 cách: Bón lót (bón trước khi trồng cây) và Bón thúc (bón sau khi trồng cây).

-Bón phân qua lá (phun lên lá):

• Lá cũng có thể hấp thụ các ion khoáng qua khí khổng.
• Dung dịch phân bón qua lá phải có nồng độ ion khoáng thấp, chỉ bón qua lá khi trời không mưa và năng không gay gắt.

3.Phân bón và môi trường

-Bón phân hợp lí sẽ tăng năng suất cây trồng và không gây ô nhiễm môi trường.

- Khi lượng phân bón bón cho cây vượt quá mức tối ưu, cây sẽ không hấp thụ hết. Lượng phân bón dư thừa sẽ gây ra các ảnh hưởng xấu như thay đổi tính chất lí hóa của đất, ô nhiễm nông sản, ô nhiễm môi trường.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TỔNG NITO TRONG NƯỚC THẢI MỚI NHẤT 2021

Tổng Nitơ trong nước thải hiện nay được quy định như một thông số xử lý nước thải, nhất là khi các chỉ tiêu đầu ra chất thải ngày càng nghiêm ngặt. Vì vậy các phương pháp xử lý tổng nito ngày càng được quan tâm nghiên cứu.

I. Tổng nito trong nước thải là gì?

I.1 Tổng Nito trong nước thải là gì?

Nito thông thường 40-50g N/m3 hiện diện trong nước thải sinh hoạt, hoặc 4,7 kg/(IE.y). Hầu hết các nitơ (khoảng 70%) hiện diện trong nước thải sinh hoạt bắt nguồn từ nước tiểu, phân, nước thải nhà bếp và nước xám góp khoảng thêm 10%.

Nitơ trong nước tiểu là ammonia hòa tan (7%), creatine (6%) và chủ yếu là urea (80%), mà cuối cùng bị thủy phân thành amonia.Nitơ trong phân, nước thải nhà bếp và nước xám chủ yếu là của các hợp chất hữu cơ.

Trong thành phần môi trường nước tự nhiên và thành phần nước thải, luôn tồn tại các hợp chất của Nitơ dưới 3 dạng chính (không bao gồm khí Nitơ) :

• Nitơ hữu cơ
• Các hợp chất oxy dạng oxy hóa gồm Nitrit và Nitrat
• Ammonia

Mỗi dạng Nitơ được phân tích thành 1 thành phần riêng biệt. Tổng Nitơ trong nước thải sẽ là tổng của 3 dạng Nitơ kể trên gồm Nitrat Nitơ NO3 – N + Nitrit Nitơ NO2 – N + Amoniac nitơ NH3 – N + Các hữu cơ ngoại quan Nitơ.

I.2 Trạng thái tồn tại của Nito trong nước thải

Trong nước thải, các hợp chất của Nitơ tồn tại dưới 3 dạng: Các hợp chất hữu cơ, Amoni và các hợp chất dạng oxy hoá (Nitrit và Nitrat).Trong nước thải sinh hoạt, Nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (chiếm 65%) và hữu cơ (chiếm 35%). Nguồn Nitơ chủ yếu là từ nước tiểu.

Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu. Tương đương với 12g Nitơ tổng số. Trong số đó, Nitơ trong Urê (N-CO(NH¬2)2) là 0,7g. Còn lại là các loại Nitơ khác.

Có các chỉ tiêu cơ bản: NH4+, NO3-, NO2-, TKN và TN. Trong đó, lưu ý có sự khác biệt giữa ký hiệu N-NH4+ với NH4+ tương tự vậy N-NO3- và NO3-.

Trong đó chỉ tiêu N-NH4+ là lượng Nitơ trong Amoni, còn NH4+ là lượng Amoni. Khối lượng mol của N là 14 và của NH4+ là 18. Vậy 2 chỉ số này sẽ chênh nhau khoảng gần 30%.

Chỉ số TKN hay còn gọi là tổng Nitơ Kendal sẽ xác định lượng Nitơ hữu cơ + lượng Nitơ Urê + lượng Nitơ Amoni.

Trong đa số trường hợp, nước thải an toàn được tái sử dụng làm nước sinh hoạt phải có chỉ số TN dưới ngưỡng30 mg/L, thậm chí, cơ sở xử lý nước thải sinh hoạt công suất lớn phải đưa về dưới ngưỡng20 mg/L.

Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp là QCVN 40: 2011/BTNMTCột A (Q< 1.000m3.ngày) – quy định phải xử lý tổng nito tối đa cho phép xả thải là 20mg/L

II. Tại sao phải xử lý tổng Nito trong nước thải?

• Ảnh hưởng đến môi trường

Khi nồng độ nitơ tăng trong các lớp bề mặt, sinh vật phù du tăng lên, dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa, có thể xảy ra ở bất kỳ vùng nước mặt nào. Hiện tượng này gọi là phú dưỡng hóa nguồn nước.

Lượng lớn nitrat đi vào dòng nước mặt có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng này, có nghĩa là dư thừa các chất dinh dưỡng dẫn đến thiếu oxy và cá chết. Trong khi đó, nồng độ Amoniac tự do nhỏ có thể gây độc cho cá, sử dụng oxy để chuyển hóa thành nitrit sau đó nitrat làm giảm nồng độ oxy trong nước.

• Ảnh hưởng đến con người

Thành phần Amonia trong nước nhanh chóng làm giảm oxy hòa tan do chúng sử dụng oxy để diễn ra quá trình nitrat hóa. Nitrat thường không được coi là độc hại, nhưng ở nồng độ cao, cơ thể có thể chuyển nitrat thành nitrit.

Nitrit là các muối độc hại làm gián đoạn quá trình vận chuyển oxy trong máu bằng cách phá vỡ hemoglobin thành methemoglobin. Điều nay gây buồn nôn, đau dạ dày cho người lớn. Đối với trẻ nhỏ, nó có thể cưc kỳ nguy hiểm, vì nó nhanh chóng gây ra thiếu oxy máu.

Sự có mặt của Nitơ có thể gây cản trở cho các quá trình xử lý làm giảm hiệu quả làm việc của các công trình. Mặt khác nó có thể kết hợp với các loại hoá chất trong xử lý để tạo các phức hữu cơ gây độc cho con người.