pH là thông số vận hành quan trọng trong các hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hay hóa lý. Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, pH phải được duy trì trong giới hạn thích hợp để đảm bảo sự phát triển của vi sinh vật, đặc biệt đối với các quá trình nhạy cảm với pH như quá trình loại bỏ nitơ. Vì vậy hãy cùng NTS  tìm hiểu ảnh hưởng của pH đối với quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt qua bài viết dưới đây.

Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là hỗn hợp của rất nhiều hợp chất phức tạp, bao gồm các thành phần như: cặn bã, hợp chất hữu cơ, chất béo, dầu, nitơ, photpho, vi sinh và một số thành phần vô cơ khác như clorit, sunfat,… Điều đặc biệt là nước thải sinh hoạt luôn tồn tại một số hợp chất chứa nitơ. 

Với thành phần ô nhiễm này, nước thải sinh hoạt khi đi vào môi trường và chưa qua xử lý, dưới điều kiện tự nhiên, vi khuẩn sẵn có trong nước và đất sẽ gây ra các phản ứng sinh hóa làm biến đổi tính chất của nước thải. Nước thải sẽ bốc mùi và chuyển màu gây ô nhiễm, làm mất cảnh quan sống. 

Vì vậy, để hạn chế các tác động gây ảnh hưởng xấu do nước thải sinh hoạt gây ra, hệ thống xử lý nước thải cần có quy trình xử lý phù hợp. Hiện nay các công trình xử lý bằng phương pháp sinh học áp dụng cho nước thải sinh hoạt khá phổ biến. Để hệ thống xử lý đạt hiệu quả tốt nhất, cần lưu ý những yếu tố ảnh hưởng đến các quá trình sinh học diễn ra, trong đó pH là nhân tố được chú trọng không kém, nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý tốt nhất, việc thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh pH tăng giảm kịp thời là thực sự cần thiết.

Xem thêm: “Chế phẩm vi sinh” và “Bùn hoạt tính” chọn cái nào cho xử lý nước thải?

Sự thay đổi pH trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt thường có pH trung tính từ 6,7 – 7,6. Tuy nhiên, trong quá trình xử lý có nhiều nguyên nhân làm thay đổi giá trị pH này.   

Trong hệ thống xử lý nước thải, pH của nước thường phải được duy trì trong khoảng từ 6,5 – 8,5 đối với quá trình hiếu khí để đảm bảo sự hoạt động ổn định của hệ vi sinh. Khoảng pH từ 6,8 – 7,4 được cho thấy là giá trị tốt nhất ở giai đoạn này. Tại bể hiếu khí, quá trình nitrat hóa sản sinh ra H⁺, điều này làm pH giảm đi:

NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃– + 2H⁺ + H₂O

Song song đó, hoạt động tích lũy sinh khối của vi sinh tạo ra CO₂ cũng được cho là nguyên nhân làm thay đổi pH trong hệ thống, nhưng độ thay đổi này không đáng kể do CO₂ được tạo ra phản ứng với các chất có tính kiềm, vì thế giúp trung hòa và tăng khả năng đệm của nước thải:

C_xH_yO_zN + NH₃ + O₂  → C₅H₇NO₂  + CO₂ + H

Trong phản ứng trên, CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ của nước thải, còn C₅H₇NO₂ là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào sinh vật. H là năng lượng.

Nguồn CO₂ có trong nước cũng có thể là do khuếch tán từ không khí vào hệ thống xử lý.

Không quá nhạy cảm với pH giống như quá trình nitrat hóa, ảnh hưởng của pH lên quá trình khử nitrat ít được quan tâm hơn. Khoảng pH được duy trì trong quá trình khử nitrat thường từ 7,0 – 8,0. Và thay vì làm độ pH giảm, quá trình khử nitrat lại tạo ra độ kiềm, do đó pH tăng cao:

6NO₃– + 5CH₃OH → 3N₂ + 5CO₂ + 7H₂O + 6OH^–

8NO₃– + 5CH₃COOH → 4N₂ + 10CO₂ + 6H₂O + 8OH^–

8NO₃– + 5CH₄ → 4N₂ + 5CO₂ + 6H₂O + 8OH^–

10NO₃– + C₁₀H₁₉O₃N → 5N₂ + 10CO₂ + 3H₂O + NH₃ (khí) + 10OH^–

6OH^– + 5CO₂ → HCO₃–

Trong đó C₁₀H₁₉O₃N là công thức trung bình của nước thải sinh hoạt.

Xem thêm: Quản lý và giám sát chất lượng nước thải tái sử dụng

Tại các giai đoạn xử lý khác, chẳng hạn như giai đoạn keo tụ, hóa chất được thêm vào thường là phèn nhôm [Al₂(SO4)₃.14H₂O], khi thủy phân, các ion Al³⁺ tạo ra H⁺

Al³⁺ + H₂O → 3Al(OH)₃ + 3H⁺

Lượng H⁺ tạo ra trong quá trình này là khá lớn, 1kg phèn nhôm tạo ra tương đương với 0,75 lít axit clohydric loại đặc (36%). Điều đó giải thích vì sao cần phải chú ý khi sử dụng phèn nhôm làm chất keo tụ, thùng chứa, cánh khuấy và bơm dung dịch phèn dễ bị ăn mòn bởi axit.

Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả tốt nhất, cần phải điều chỉnh độ pH về điều kiện thích hợp với từng quá trình xử lý.

Ảnh hưởng của pH đối với quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Trong quá trình xử lý sinh học, để đảm bảo sự phát triển tốt nhất cho vi sinh vật hoạt động, đòi hỏi cần phải có pH thích hợp. Nhưng cũng tùy vào quá trình xử lý với các loài sinh vật khác nhau mà có độ pH khác nhau.

Chẳng hạn đối với hai chủng vi khuẩn dị dưỡng thực hiện quá trình nitrat hóa là Pseusodomonas và Bacillus, pH tối ưu thường từ 7,5 – 8,5. Trong khi đó, vi khuẩn khử nitrat Pseusodomonas stutzeri lại phát triển ở pH trung bình, và chúng cũng vẫn có thể thích nghi được cả khi môi trường có pH cao (pH lên tới 9). pH quá thấp hoặc quá cao so với điều kiện thích nghi sẽ gây ức chế sự phát triển của vi sinh vật, do đó hiệu quả xử lý sẽ giảm đi.

Chính vì thế, trong quá trình vận hành, giá trị pH phải luôn được kiểm tra. pH có thể bị biến động, thay đổi do các phản ứng trong quá trình xử lý tạo ra các sản phẩm mang tính axit hoặc tính kiềm.

Giải pháp ổn định pH trong hệ thống xử lý nước thải

Để nâng cao hay hạ thấp pH phù hợp với mục đích đặt ra sẽ phải sử dụng các hóa chất thích hợp: giảm pH sử dụng axit, tăng pH sử dụng kiềm. 

Trong quá trình nitrat hóa, các vi khuẩn oxi hóa amoni và nitrit tiêu thụ lượng kiềm rất đáng kể. Mỗi 1kg NH4⁺ oxy hóa thành NO₃– cần tiêu thụ 7,14kg CaCO₃ hoặc 12kg NaHCO₃. Vì vậy, việc bổ sung độ kiềm là cần thiết cho quá trình này để tránh sự suy giảm pH do CO₂ và các axit hữu cơ sinh ra từ các quá trình sinh hóa.

Hóa chất làm tăng pH thường dùng là NaOH. Để vi sinh không bị sốc do tăng pH đột ngột, cần pha loãng NaOH và châm từ từ vào hệ thống. Tuy nhiên tính đệm của NaOH lại không cao, do đó, bên cạnh NaOH, các hóa chất làm tăng tính kiềm và độ pH như: vôi, soda, tro, natri cacbonat, magie hydroxit cũng thường được quan tâm và sử dụng tùy thuộc vào chi phí và các vấn đề hòa tan, xử lý hóa chất.

Khi pH quá cao vượt ngưỡng hoạt động của vi sinh, hầu hết các hệ thống thường sử dụng axit mạnh như axit sunfuric để làm giảm pH. Hoặc các axit khác như: axit cacbonic, axit clohidric, axit nitric. Cũng giống như NaOH, hóa chất được thêm vào phải được cho từ từ vào nước thải để tránh gây sốc vi sinh trong hệ thống.

Thông thường một lít axit sunfuric đặc (1,84kg) cung cấp 36 mol H⁺ (có tác dụng trung hòa kiềm), trong khi một lít axit clohidric (36%) chỉ cung cấp được 12 mol H⁺. Trong khi đó, ion từ HCl gây ra vị mặn, trong khi ion từ axit sunfuric có vị êm hơn nhiều, không gây độc. Hơn nữa, nếu sử dụng axit nitric để hạ thấp pH, tức là đã đưa thêm nitrat vào nước. Vì vậy, sự chọn lựa dựa trên cơ sở giá thành, độc tính, thuận tiện trong thao tác.

Xem thêm: Hệ thống xử lý nước thải quy mô nhỏ ứng dụng trong thực tế

Với quy mô lớn thường dùng bơm định lượng để châm hóa chất, đảm bảo độ pH điều chỉnh tự động phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng. Việc điều chỉnh bơm sẽ được tính toán dựa trên thực tế, cân đối giữa các tham số lưu lượng bơm, độ pH. Nồng độ dung dịch hóa chất được tính toán và thực hành thực tế đảm bảo khối lượng tối ưu tăng, giảm pH đến độ yêu cầu.

Nồng độ pH trong nước thải đóng vai trò vô cùng quan trọng. Do đó nhà vận hành cần thường xuyên kiểm tra để có phương án điều chỉnh phù hợp nhất giúp hệ thống vận hành hiệu quả, tránh các sự cố điển hình như vi sinh không hoạt động hoặc chết.

Với bài viết ảnh hưởng của pH đối với quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt mà NTS đã cung cấp trên đây, mong rằng các bạn sẽ có thêm nhiều thông tin hơn nữa về ảnh hưởng của pH trong quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt.

Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý nước thải, sở hữu đội ngũ kỹ thuật viên chuyên môn cao, nhiều kinh nghiệm xử lý các dự án thực tế, NTS sẽ giúp bạn tư vấn chi tiết hơn về cách điều chỉnh độ pH trong nước thải phù hợp nhất với đặc điểm hệ thống cũng như tính chất nước thải của doanh nghiệp.

Để biết thêm thông tin và được tư vấn cụ thể hãy liên hệ ngay cho chúng tôi theo Hotline 0888 167 247. Với nhiều năm kinh nghiệm xử lý nước thải cho nhiều lĩnh vực khác nhau, NTS cam kết sẽ giúp doanh nghiệp của bạn sở hữu công trình đạt hiệu quả tối ưu và tiết kiệm nhất. 

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT NTS

Trụ sở: Số 15, đường số 3, Khu dân cư Gia Hòa, Phường Phước Long B, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh

Điện thoại: 0888 167 247

Email: nts@ntse.vn

Website: ntse.vn/xu-ly-nuoc

Facebook: facebook.com/INTSE.VNI/