Ô nhiễm nitơ trong thủy quyển gần đây đang thu hút sự chú ý ngày càng tăng do hiện tượng phú dưỡng các sông hồ trên khắp thế giới. Amoni là dạng ion vô cơ của nitơ có trong nước thải đô thị, nước thải công nghiệp và chất thải nông nghiệp. Có nhiều phương pháp để loại bỏ amoni qua bài viết này NTS sẽ giới thiệu xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp hóa lý, đây là một trong những phương pháp tối ưu chi phí để kiểm soát ô nhiễm nitơ.  

Nguồn phát sinh nước thải chứa amoni và dạng tồn tại của chúng 

Amoni trong nước thải tồn tại ở hai dạng là ion NH₄+ và dạng trung hòa NH₃. Tỷ lệ giữa chúng phụ thuộc vào pH và nhiệt độ của nước, do hằng số cân bằng K theo định luật tác dụng khối lượng phụ thuộc nhiệt độ và được viết như sau:

C_NH3 /C_NH4+ = K.10^pH 

Tại môi trường có pH cao (pH 11), amoni tồn tại chủ yếu ở dạng NH₃ dễ bay hơi. Ngược lại trong môi trường pH thấp, NH₄+ là tồn tại chủ yếu.  

Xem thêm: Xử lý amoni trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt vừa tiết kiệm vừa hiệu quả

Xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp hóa lý 

Nhiều phương pháp và công nghệ sinh học, hóa lý đã được đề xuất để loại bỏ ion amoni khỏi môi trường và các hệ thống nước công nghiệp. Phương pháp truyền thống để loại bỏ amoni từ nước thải đô thị và công nghiệp là dựa trên các phương pháp xử lý sinh học. Tuy nhiên, các quy trình loại bỏ sinh học thường sản sinh khí nhà kính có thể góp phần đối với biến đổi khí hậu. Mặt khác các phương pháp sinh học (nitrat hóa, khử nitơ) có thể không đáp ứng tốt với tải lượng amoni cao, nên có thể xuất hiện nồng độ amoni cao ở đầu ra xử lý. 

Vì vậy, để hạn chế vấn đề này, xử lý amoni bằng phương pháp hóa lý được chú ý quan tâm hơn. Dưới đây, NTS sẽ giới thiệu ba phương pháp hóa lý để loại bỏ amoni cùng với ưu, nhược điểm của từng phương pháp trong quá trình xử lý.

Xử lý amoni theo phương pháp tách khí 

Như đã đề cập ở phần trên, dạng tồn tại của amoni phụ thuộc vào độ pH, vì vậy để giải hấp phụ amoni trong nước, ta thường nâng giá trị pH và sau đó làm thoáng để khử khí amoniac (NH₃) Trong khoảng pH từ 10,5 11, có tới 99% NH₄+ thành NH₃ dạng khí. 

Để tăng cường quá trình chuyển hóa, có thể tăng nhiệt độ của nước để làm vận tốc và số lượng ion NH₄+ chuyển thành NH₃ nhanh hơn. Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ còn làm tăng hệ số bốc hơi, giảm độ nhớt, giảm sức căng bề mặt của nước, tạo điều kiện dễ dàng cho quá trình thay đổi bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha nước và khí. 

Nhược điểm:

– Phương pháp này tuy đơn giản nhưng lại gặp nhiều khó khăn trong vận hành. Để tạo môi trường pH cao, hóa chất thường được bổ sung vào thường là vôi, điều này lại liên quan đến chi phí vận hành.

– Đồng thời, các nhà máy xử lý khi dùng phương pháp này hay gặp vấn đề về sự đóng cặn của CaCO₃. Với chỉ số pH cao sẽ hấp thụ CO₂ từ không khí và gây ra hiện tượng kết tủa. Hơn thế nữa, khi nhiệt độ thời tiết thấp, hiệu quả xử lý cũng không được đánh giá cao. 

– Ngoài vôi, cũng có thể dùng các hóa chất khác để điều chỉnh độ pH thường gặp là xút. Sau quá trình chuyển hóa và làm thoáng, cần đưa pH của nước về giá trị cân bằng 7 – 7,5 bằng axit.

Nhìn chung việc áp dụng phương pháp này trong quá trình xử lý nito cũng nên được cân nhắc để mang lại hiệu quả tốt nhất cả về vận hành và chi phí.

Xử lý amoni theo phương pháp trao đổi ion

Phương pháp này được áp dụng rộng rãi không chỉ loại bỏ amoni mà còn loại bỏ các chất hoạt tính bề mặt, chất phóng xạ, được sử dụng để làm mềm nước và thu hồi các chất có giá trị trong nước thải.

Trao đổi ion là quá trình mà tại đó ion của phần nhận được thay thế bởi các ion của một dạng vật liệu không hòa tan có chức năng trao đổi ion (nhựa trao đổi). Các chất trao đổi được gọi là các ionit (bao gồm các cationit – ion dương trao đổi và anionit – ion âm trao đổi), là những chất ở thể rắn, có khả năng trương nhưng không tan trong nước, có khả năng trao đổi ion của chúng với các ion trong dung dịch. 

Khi lựa chọn vật liệu trao đổi ion, cần lưu ý các tính chất như dung lượng trao đổi, kích thước hạt và độ bền của hạt. Phần lớn các loại nhựa cationit có độ chọn lọc thấp đối với NH₄+, vì vậy để đạt hiệu quả cao cần phải lựa chọn chất trao đổi ion có độ chọn lọc tốt nhất cho việc loại bỏ nitơ ở dạng NH₄+.

Vật liệu trao đổi ion có hai loại: tự nhiên và tổng hợp. Mặc dù cả hai loại này đều dễ tìm nhưng nhựa nhân tạo được ưa chuộng hơn do có tính bền cao hơn. Một vài loại nhựa tự nhiên cũng đã được áp dụng trong quá trình xử lý nước thải để xử lý amoni.

Xem thêm: Mùi hôi từ hệ thống xử lý nước thải – nguyên nhân và giải pháp xử lý

Hạt nhựa trao đổi ion Zeolite:

Zeolite được coi là vật liệu có khả năng đáp ứng nhu cầu loại bỏ NH₄⁺ và có thể là một giải pháp môi trường bền vững để phục hồi tài nguyên từ nước thải. Trong đó có clinoptiolite (Na₄K₄Al₄0.24H₂O) có nguồn gốc tự nhiên có độ chọn lọc NH₄⁺ cao hơn sao với các ion khác tồn tại trong nước như Ba²⁺, Na⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Ag³⁺,…. 

Trị số pH để duy trì quá trình trao đổi cation của zeolite với NH₄+ nằm trong khoảng từ 4 – 8 và tối ưu khi pH = 6. 

Khi sử dụng gần hết tính năng, nhựa zeolite sẽ được tái sinh (hoàn nguyên) bằng vôi Ca(OH)₂ và ion amonium được loại bỏ khỏi zeolite do được chuyển thành khí NH₃ ở pH cao, được loại bỏ bằng làm thoáng.

Phương pháp trao đổi ion tuy có hiệu quả, nhưng cũng có những hạn chế khác. Thứ nhất là hiệu suất của quá trình bị ảnh hưởng nhiều bởi sự hiện diện của các hạt cặn và keo, dung môi và polymer hữu cơ. Vì vậy, trước khi thực hiện quá trình trao đổi ion, đòi hỏi phải trải qua quá trình tiền xử lý. Bên cạnh đó các vấn đề liên quan đến tuổi thọ nhựa và hệ thống hoàn nguyên phức tạp cũng là vấn đề khi lựa chọn phương pháp này.

Xử lý amoni theo phương pháp hấp phụ

Một số ưu điểm của quá trình hấp phụ này là: 

– Thời gian của quá trình hấp phụ ngắn hơn

– Không có sản phẩm phụ của phản ứng, chất gây ô nhiễm được loại bỏ trực tiếp khỏi nước thải

– Chất hấp phụ có thể được tái sinh dễ dàng và tại chỗ

– Chi phí vận hành thấp

Vật liệu hấp phụ:

Vật liệu hấp phụ Zeolit ​​là các khoáng chất aluminosilicat chứa các cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ có thể trao đổi được (thường là Na, K, Ca và Mg). Cấu trúc vật lý của chúng là xốp và các cation kiềm hoặc kiềm thổ có thể dễ dàng được trao đổi bởi các ion dương xung quanh. 

Chính vì vậy ngoài khả năng trao đổi ion loại bỏ NH₄⁺, với độ xốp đặc trưng, zeolite còn là vật liệu dùng để hấp phụ các amoniac (NH₃) tự do có trong nước thải.

Cũng giống như quá trình trao đổi ion, zeolite sau một thời gian tham gia xử lý cũng sẽ được tái sinh. Xử lý axit trong quá trình hoàn nguyên sẽ làm tăng độ xốp và vi xốp của zeolite bằng cách loại bỏ tạp chất ngay cả trong các khoang trong cùng do đó làm tăng khả năng hấp phụ của zeolit.

Xem thêm: Hệ thống xử lý nước thải có xử lý được dầu mỡ không?

Bài viết trên là tổng quát về xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp hóa lý. Với bài viết này, NTS mong rằng các bạn sẽ có thêm nhiều thông tin hơn nữa về vấn đề xử lý amoni. 

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 nữa về các vấn đề liên quan.

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