Các phương pháp xử lý Amoni trong nước thải sinh hoạt hiệu quả

Amoni (NH4+) là một ion tồn tại nhiều trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Nếu không được xử lý hiệu quả thì amoni trong nước thải gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và nhiều hoạt động sản xuất công nghiệp. Vậy các phương pháp xử lý amoni trong nước thải như thế nào? Nồng độ quy định amoni trong nước thải bao nhiêu? Hãy cùng T&T – Tổng kho hóa chất Bắc Giang tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

I. Tổng quan về amoni trong nước thải

1. Amoni là gì? Dạng tồn tại của amoni

Amoni là một trạng thái hóa trị của nitơ, tồn tại ở hai dạng là ion NH4­+ và dạng khí NH3. Ion NH4+ ít độc, trong khi đó NH3 là chất khí có mùi khai, tan nhiều trong nước, gây độc với các loài sinh vật trong nước. Khi ở môi trường pH kiềm (pH ≈ 11) amoni chủ yếu ở dạng NH3, trong môi trường pH thấp (pH ≈ 7) thì NH4+ chiếm ưu thế hơn .

Amoni là 1 trong những chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. Hầu hết nito trong nước thải tồn tại chủ yếu dưới dạng nitơ vô cơ với 90 – 97% tổng nitơ là amoni.

Amoni là gì?

2. Nguồn gốc amoni trong nước thải

Amoni trong nước thải phát sinh từ nhiều nguồn chất thải của con người và cả các ngành công nghiệp:

• Từ chất thải từ các hoạt động vệ sinh của con người, chăn nuôi động vật hoặc các sản phẩm chuyển hóa.
• Từ nước thải công nghiệp của các ngành sản xuất hóa chất, phân bón, sợi tổng hợp, hoạt động giết mổ, chế biến thịt động vật, thủy hải sản…

3. Vì sao cần loại bỏ amoni trong nước thải? 

Bình thường Amoni không quá độc với con người và động vật. Tuy nhiên, nó sẽ nguy hiểm khi ở nồng độ đậm đặc, vượt quá chỉ tiêu cho phép, nó chuyển hóa thành các chất độc hại, gây ung thư và nhiều bệnh khác cho con người, động vật. Đồng thời hàm lượng amoni cao trong nước ảnh hưởng đến môi trường sống của các sinh vật dưới nước.

Ảnh hưởng của amoni đến sức khỏe con người:

Với nồng độ trong nước cao, amoni rất dễ chuyển hóa để tạo thành các gốc nitri NO2- và nitrate NO3-. Qua quá trình ăn uống, các chất này sẽ hấp thu vào trong cơ thể và gây ra một số bệnh nguy hiểm.

• Khi nitrit đi vào máu, chất này sẽ cạnh tranh với oxy trong hồng cầu, làm hemoglobin giảm khả năng vận chuyển oxy, dẫn đến tình trạng thiếu máu, da xanh xao.
• Đặc biệt đối với trẻ em < 6 tháng tuổi, nitrit sẽ làm gây bệnh đường hô hấp, làm trẻ chậm phát triển, gầy yếu, thiếu máu, khó thở. Đối với người lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm tạo ra nitrosamine, đây là 1 nguyên nhân dẫn đến ung thư.

Ảnh hưởng của amoni đến môi trường

• Amoni cùng với các chất trong nước như hợp chất hữu cơ, photpho, sắt… là nguồn dinh dưỡng cho rêu tảo phát triển mạnh mẽ. Khi chúng chết tạo ra lượng lớn amoni đầu độc các hệ sinh thái có trong nước.
• Amoni có thể làm cạn kiệt nguồn oxy có trong nước.
• Amoni gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp, giảm hiệu quả khử trùng nước của clo. Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống đường ống dẫn nước.

4. Quy định về nồng độ amoni trong nước thải

Vì các tác hại mà amoni gây ra nên cần giảm thiểu nồng độ amoni có trong nước. Theo quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT quy định nồng độ amoni có trong nước sinh hoạt không được vượt quá 3mg/l. Còn đối với nước thải công nghiệp thì theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT quy định nồng độ amoni có trong nước thải sau xử lý không được vượt quá 5mg/l.

II. Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải

Để xử lý amoni trong nước thải có thể sử dụng nhiều phương pháp như phương pháp hóa lý, hóa học hay phương pháp sinh học. Nguyên lý chung của các phương pháp này là chuyển amoni thành các chất khác hoặc tách chúng ra khỏi môi trường nước. Việc lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp dựa vào nồng độ amoni có trong nước cũng như về chi phí đầu tư.

1. Phương pháp nitrat hóa

Phương pháp xử lý amoni bằng quá trình nitrat hóa được diễn ra trong môi trường hiếu khí, dưới tác động của 2 loại vi khuẩn là Nitrosomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. Nitrat hóa là một quá trình tự dưỡng, vi khuẩn sẽ lấy năng lượng từ các hợp chất oxy hóa của nitơ.

Quá trình Nitrat hóa từ amoni được chia thành 2 giai đoạn:

• Bước 1: Vi khuẩn Nitrosomonas sẽ chuyển amoni (NH3, NH4+) thành Nitrit (NO2)

2NH4- + 3 O2 –> 2NO2- + 4H+ + 2H2O

• Bước 2: Vi khuẩn Nitrobacter sẽ chuyển hóa nitrit NO2- thành Nitrat NO3-, kết thúc quá trình Nitrat hóa.

2NO2- + O2 –> 2NO3-

Các vi khuẩn lấy năng lượng từ các phản ứng trên để duy trì sự sống và tổng hợp sinh khối. Ngoài tham gia vào quá trình oxy hóa, một số ion amoni được đồng vận chuyển vào trong tế bào vi khuẩn.

Vì xảy ra trong môi trường hiếu khí nên trong suốt quá trình cần đảm bảo cung cấp đầy đủ khí oxy để xảy ra các phản ứng và hỗ trợ sự sống của các vi khuẩn.

Phương pháp nitrat hóa để xử lý amoni trong nước thải

2. Sử dụng màng lọc thẩm thấu ngược RO

Có thể loại bỏ amoni trong nước bằng cách sử dụng màng lọc thẩm thấu ngược RO. Kích thước lỗ màng thường dùng là < 0,0005 μm. Quá trình lọc bằng màng RO sẽ chỉ cho nước đi qua và giữ lại các chất rắn lơ lửng, các chất hòa tan trong đó có cả amoni.

3. Phương pháp anammox

Đây là phương pháp sinh học với công nghệ mới được áp dụng phổ biến trong thời gian gần đây giúp xử lý amoni có trong nước thải. Phương pháp này sử dụng ít lượng O2 hơn và do không phải bổ sung thêm cacbon hữu cơ so với quá trình nitrat hóa thông thường nên tiết kiệm chi phí hơn. Phương pháp này diễn ra trong môi trường yếm khí, amoni sẽ được chuyển hóa thành khí N2. Quá trình oxy hóa amoni có sự tham gia của 2 loại vi khuẩn là Candidatus Brocadia anammoxidans và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis.

Đầu tiên sẽ tiến hành bước nitrat hóa bán toàn phần để chuyển một nửa amoni thành nitrit:

NH4+ + 1,5 O2 + 2 HCO3– → NO2– + 2 CO­2 + 3H2O

Sau đó sẽ tiến hành quá trình anammox để oxy hóa hoàn toàn amoni thành N2:

NH3 + 1,32 NO2– + H+ → 1,02 N2 + 0,26 NO3– + 2 H­2O

Nhược điểm của phương pháp này là vi khuẩn anammox là vi khuẩn yếm khí và tự dưỡng hoàn toàn nên chúng khó để nuôi cấy. Đồng thời tốc độ sinh trưởng khá chậm nên quá trình anammox cần thời gian dài để tiến hành.

Cơ chế của quá trình anammox trong xử lý nước thải chứa amoni

4. Phương pháp clo hóa

Phương pháp clo hóa được coi là phương pháp khử amoni hiệu quả nhất khi clo gần như là hóa chất duy nhất có thể oxy hóa amoni ngay ở nhiệt độ phòng để tạo khí N2 dễ bay hơi. Tốc độ phản ứng của clo với amoni cũng nhanh hơn so với các chất hữu cơ. Lượng clo cho vào nước thải so với amoni tương ứng với tỷ lệ 8:1. Phương pháp này hiệu quả với chi phí rẻ. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là khi lượng amoni hết, clo dư sẽ phản ứng với các chất hữu cơ có trong nước để tạo ra các hợp chất có mùi khó chịu, trong đó khoảng 15% các chất thuộc nhóm THM – trihalomethane và HAA – axit axetic halogen hoá đều có khả năng gây ung thư. Do đó trong quá trình sử dụng người vận hành cần có kỹ thuật tốt và hết sức cẩn thận.

5. Nâng cao pH nước

Phương pháp này giúp chuyển dạng NH4+ thành NH3 dễ chất dễ bay hơi, kết hơp với sục khí để đẩy amoni tách ra khỏi nước. Vì ở môi trường pH cao thì amoni sẽ tồn tại chủ yếu dưới dạng NH3.

Áp dụng nguyên tắc đó nên người ta sẽ sử dụng vôi hoặc NaOH để tăng độ pH trong nước đến khoảng 10,5-11. Đồng thời kết hợp với sục khí và tăng nhiệt độ của nước để tăng tốc độ chuyển hóa từ ion NH4+ thành NH3. Sau khi khử amoni thì sẽ trung hòa lại nước bằng axit. 

Nâng cao pH nước để xử lý amoni trong nước thải

6. Phương pháp trao đổi ion

Có thể loại bỏ amoni trong nước thải bằng cách sử dụng các hạt trao đổi ion cationit. Tại các bể lọc cationit, NH4+ sẽ trao đổi bằng các ion Na+. Đồng thời 1 phần nhỏ các ion NH4+ sẽ được hấp phụ vào bên trong cấu trúc của zeolite.

Để áp dụng được phương pháp này cần đảm bảo pH của môi trường duy trì trong khoảng từ 4,0-8,0. Nếu không kiểm soát được độ pH sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình trao đổi. Nếu pH < 4,0, các hạt cationit sẽ giữ lại cả hạt H+. Nếu pH > 8,0 ion NH4+ sẽ chuyển hóa NH3 và hạt cationit không có tác dụng với NH3. Hạt cationit sau sử dụng được hoàn nguyên bằng axit sunfuric hoặc muối.

III. Kết luận

Để lựa chọn được biện pháp hợp lý, ta cần xem xét dựa trên 2 yếu tố: hiệu quả xử lý và giá thành. Quan trọng nhất quyết định cách xử lý, chính là nồng độ amoni trong nước thải.

• Nếu nồng độ không cao (< 100 mg/l) thì xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh là hợp lý nhất
• Nếu nồng độ từ 100 – 5.000 mg/l thì có thể dùng phương pháp vi sinh hoặc sục khí bay hơi
• Nếu nồng độ cao (>5.000 mg/l) nên sử dụng phương pháp hóa lý để phù hợp cả về kỹ thuật lẫn kinh tế.

Cuối cùng, phương pháp xử lý amoni trong nước thải tối ưu và đơn giản nhất là áp dụng sinh học. Không chỉ an toàn, hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí.

Để xử lý tốt nước thải, ngoài chi phí đầu tư ban đầu thì yếu tố kỹ thuật cũng góp phần không nhỏ vào quá trình thành công của hệ thống. Nếu quý khách hàng có bất kỳ thắc mắc cần hỗ trợ và tư vấn hãy liên hệ ngay cho chúng tôi để được phục vụ tốt nhất qua số điện thoại 0988 160 662 hoặc website https://hoachatbacgiang.com.vn.