Xử lý AMONI trong nước thải sinh hoạt

Amoni là gì? Tác hại của Amoni?

Amoni là một trạng thái hóa trị của nitơ. Đây là một trong số các yếu tố cần lưu ý khi đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải, bên cạnh BOD5, COD, Sunfua, Nitrat và các thành tố khác. Trong xử lý nước thải sinh hoạt, cả Amoni/Amoniac (NH₄+/NH₃) và Nitrat (NO₃^–) đều cần được xử lý và đưa về mức thấp nhất có thể.

Nếu tồn tại trong nước với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép, Amoni có thể chuyển hóa thành các chất gây ung thư và các bệnh nguy hiểm khác cho sức khoẻ con người cũng như sinh thái môi trường nước. Một số tác hại của Amoni được liệt kê dưới đây:

• Amoni cản trở công nghệ xử lý nước cấp: Amoni làm giảm tác dụng của clo và hiệu quả khử trùng nước. Chất này tạo điều kiện để vi khuẩn phát triển, làm nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước. Nước bị xuống cấp, vi sinh vật phát triển trong đường ống gây ăn mòn, rò rỉ và mất mỹ quan).
• Amoni trong nước tồn tại dưới dạng nồng độ cao dễ tạo thành các nitrat (NO₂^–), nitrit (NO₃^–). Trong cơ thể người và động vật, nitrit và nitrat có thể biến thành N – nitroso – là chất tiền ung thư. Vì thế, nước nhiễm amoni còn nghiêm trọng hơn nhiễm asen rất nhiều.

Phương pháp xử lý Amoni trong nước thải sinh hoạt

Có rất nhiều phương pháp xử lý Amoni trong nước thải sinh hoạt. Trong đó có thể kể đến một vài phương pháp chính như sau:

• Phương pháp hóa lý: tripping, trao đổi ion, hấp phụ.
• Phương pháp hóa học: oxi hóa amoni, kết tủa amoni bằng MAP (magie amoni photphat),
• Phương pháp điện hóa.
• Phương pháp sinh học: quá trình nitrat, denitrat và quá trình annamox.

Việc lựa chọn phương pháp xử lý nào phụ thuộc nồng độ amoni trong nước thải. Trường hợp nước thải sinh hoạt, hầu hết nồng độ amoni không cao (< 100 mg/l) thì sử dụng phương pháp sinh học là thích hợp nhất. Các quá trình trong xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học như sau:

Quá trình anammox (môi trường yếm khí)

Đây là sự oxy hóa amoni yếm khí (Anaerobic ammonium oxidation – Anammox). Trong đó, amoni và nitrit được oxy hóa trực tiếp thành khí N₂ dưới điều kiện yếm khí với amoni là chất cho điện tử, còn nitrit là chất nhận điện tử để tạo thành khí N₂.

Quá trình khử nitơ bằng hệ vi khuẩn anammox có thể chia làm 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Quá trình nitrat hóa bán phần (partial nitrification)
• Giai đoạn 2 : Quá trình anammox (anaerobic ammonium oxidation)

Sự kết hợp hai quá trình nitrat hóa bán phần và quá trình anammox dựa trên thực tế rằng: nitrit là hợp chất trung gian trong cả hai quá trình. Vì vậy, nitrat hóa bán phần để chuyển 1/2 amoni thành nitrit là thuận tiện và kinh tế; theo sau đó là quá trình anammox đảm bảo loại bỏ toàn bộ nitơ thông qua quá trình hoàn toàn tự dưỡng. Nhu cầu oxy giảm đi chỉ còn 62,5% và tiết kiệm được đáng kể giá thành do không phải bổ sung thêm cacbon hữu cơ so với hệ thống nitrat hóa – khử nitrat thông thường.

Phản ứng oxy hóa amoni yếm khí được tiến hành bởi 2 loại vi khuẩn anammox có tên là Candidatus Brocadia anammoxidans và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. 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 43^oC. 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 37^oC. 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 oxy hóa amoni dưới điều kiện yếm khí khi sử dụng nitrit là chất nhận điện tử. Quá trình oxy hóa amoni yếm khí chậm hơn 7 lần so với quá trình oxy hóa amoni hiếu khí. Vi khuẩn anammox rất nhạy cảm với oxy và nitrit. Nồng độ thấp ở 2μM và nitrit từ 5 đến 10mM đã gây ra ức chế hoàn toàn với anammox nhưng có thể phục hồi được.

Trở ngại chính để ứng dụng quá trình anammox là đòi hỏi một giai đoạn bắt đầu lâu dài, chủ yếu là do tốc độ sinh trưởng chậm của vi khuẩn anammox (thời gian nhân đôi là khoảng 11 ngày). Thêm vào đó, vi khuẩn anammox là vi khuẩn yếm khí và tự dưỡng hoàn toàn nên chúng khó để nuôi cấy.

Nitrat hóa (môi trường hiếu khí)

Quá trình oxy hóa amoni thành nitrit (do vi khuẩn nitrosomonas) và tiếp tục thành nitrat (vi khuẩn nitrobacter) phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ oxy hòa tan pH, nhiệt độ,..

• Bước 1. Vi khuẩn nitrosomonas sẽ chuyển hóa amoni thành nitrit

NH_4⁺ + 1,5O₂ → NO₂^– + 2H⁺ + H₂O

• Bước 2. Vi khuẩn nitrobacter sẽ chuyển hóa nitrit (NO₂^– )  thành nitrat (NO₃^– )

NO₂^– + 0,5O₂ → NO₃^– 

Các vi khuẩn nitrosomonas và vi khuẩn nitrobacter sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá trình như sau:

NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃^–  + 2H⁺ + H₂O

Cùng với quá trình thu năng lượng một số ion amoni được đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào. Quá trình sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

4CO₂  + HCO₃^– + NH₄⁺ + H₂O → C₅H₇O₂N + 5O₂

C5H7O2N tạo thành được dùng để tổng hợp nên sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn. Toàn bộ quá trình oxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau :

NH₄⁺ + 1,83O₂+ 1,98HCO₃^– →  0,021C₅H₇O₂N + 0,98NO₃^–  + 1,041H₂O + 1,88H₂CO₃

Quá trình khử nitrat (môi trường thiếu khí)

Là quá trình vi sinh chuyển hoá các dạng NO₃^–, NO₂^–, NO, N₂O về dạng N₂ hay quá trình khử nitơ từ dạng hoá trị dương về dạng hoá trị không. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẽ khử Nitrat (NO₃^–) và nitrit (NO₂^–) theo chuỗi chuyển hóa:

NO₃^–   → NO₂^–  → NO → N₂O → N₂↑

Khí nitơ phân tử N₂ tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý. Vi sinh vật thực hiện quá trình khử Nitrat có tên chung là Denitrifier bao gồm ít nhất là 14 loại vi sinh vật có thể khử nitrat như Bacillus, Pseudomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacillus,.. phần lớn chúng thuộc loại tuỳ nghi, tức là sử dụng nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp tế nào một số ít thuộc loại tự dưỡng.

Yếu tố quan trọng liên quan đến quá trình khử nitrat là cơ chất (chất hữu cơ, CH3OH), và kiểm soát nồng độ oxy trong nước để hiệu quả khử nitrat được tối ưu.

THAM KHẢO THÊM:

• Các phương pháp xử lý phospho trong nước thải hiệu quả
• Công nghệ xử lý nước thải bằng ozone tiên tiến nhất hiện nay

Xử lý Amoni trong nước thải sinh hoạt tại PH-EU

Công ty Xử lý nước thải PH Châu Âu, chuyên thiết kế và thi công các công trình xử lý nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt, xử lý nước thải phòng khám, bệnh viện, xử lý khí thải…Bất cứ nhu cầu hoặc thắc mắc liên quan đến xử lý nước thải, vui lòng liên hệ chúng tôi:

• Xử lý nước thái PH Châu Âu
• CT2A, Gelexia Riverside, ngõ 885 Tam Trinh, Hoàng Mai
• Hotline: 096 493 7777
• Email: info@ph-eu.com.vn
• Website: https://ph-eu.com.vn/