Xử lý amoni trong nước thải là vấn đề được toàn xã hội quan tâm. Xử lý triệt để amoni là cách để bảo vệ sức khỏe và môi trường. Vì thế, cùng với những phương pháp xử lý hiện nay, các đơn vị uy tín đều tìm các giải pháp vừa tiết kiệm vừa mang lại hiệu quả tối ưu.

Amoni là gì?

Trong nước, amoni tồn tại dưới 2 dạng là amoniac (NH­₃) chất khí không màu có mùi khai và ion amoni (NH₄⁺). Tổng hai dạng này được gọi là amoni tự do, tính bằng chỉ số TAN – Total Amonia Nitrogen, sự chuyển dịch giữa 2 dạng này (NH₄⁺ /NH­₃) phụ thuộc vào pH. Nguồn phát thải amoni rất đa dạng: 

• Từ các ngành nông nghiệp và chăn nuôi, 
• Nước thải một số ngành công nghiệp đặc trưng (chế biến thuỷ hải sản, giết mổ và sản xuất thức ăn từ các loại thịt, sữa, đậu, nấm,..). 
• Trong nước thải sinh hoạt là từ: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt, cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí.

Tuỳ theo nồng độ oxy có trong nước và số lượng vi sinh vật tự dưỡng mà amoni sẽ chuyển hóa thành nitrit (NO₂^–) hay nitrat (NO₃^–).

Tác hại của Amoni 

Ảnh hưởng sức khoẻ con người

Amoni là chất không quá độc đối với cơ thể người nhưng nếu tồn tại vượt quy chuẩn cho phép thì có thể chuyển hóa thành các chất gây ung thư và nhiều bệnh nguy hiểm khác. 

Khi ăn uống nước có chứa amoni, cơ thể nhanh chóng hấp thu chất này vào máu và tranh oxy của hồng cầu làm mất khả năng lấy oxy, gây tình trạng thiếu máu, xanh da. nitrit đặc biệt nguy hiểm với trẻ mới sinh khiến bé chậm phát triển, gây các bệnh liên quan đến đường hô hấp, ốm yếu, xanh xao, thiếu máu, khó thở…

Với người lớn, nitrit kết hợp dễ dàng với các axit amin trong thực phẩm tạo thành một họ chất nitrosamine gây tổn thương di truyền tế bào, một trong những nguyên nhân gây ung thư. 

Ngoài ra, các hợp chất nitơ trong nước có thể gây một số bệnh nguy hiểm như chứng thiếu vitamin, gây ung thư với người cao tuổi. Trẻ em dễ bị vi khuẩn đường ruột…

Trong quy chuẩn QCVN 01:2009/BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009 đối với nước ăn uống quy định nồng độ amoni có trong nước không được vượt quá 3 mg/L.

Ảnh hưởng đến môi trường

• Gây hiện tượng phú dưỡng hóa, do tảo lam phát triển ồ ạt và khi chết tảo phân hủy sẽ thải ra một lượng lớn amoniac đầu độc cá và hệ vi sinh vật trong tự nhiên.
• Làm cạn kiệt nguồn oxy trong nước
• Tăng nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước nhiễm amoni còn nghiêm trọng hơn nhiễm asen rất nhiều vì amoni dễ dàng chuyển hóa thành chất độc hại, khó xử lý.

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, amoni là một trong những yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp, giảm giảm hiệu quả khử trùng nước của clo. 

Amoni cũng chứa nhiều vi lượng là thức ăn để vi khuẩn phát triển. Tuy nhiên điều này gây ảnh hướng tới chất lượng nước sau xử lý. Nước dễ bị đục hoặc đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước. 

Trong QCVN 40: 2011/BTNMT đối với nước thải công nghiệp quy định nồng độ amoni có trong nước thải sau xử lý không vượt quá 5 mg/L.

Xử lý amoni trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt

Amoni được sử dụng khá nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất như sản xuất phân bón, chất nổ, chất dẻo… Vì thế, một lượng nước thải có chứa amoni nếu chưa được xử lý đúng cách sẽ gây hại cho môi trường nước. Do đó, cần có những phương pháp xử lý vừa hiệu quả vừa tiết kiệm chi phí.

Các phương pháp để xử lý amoni đều dựa trên nguyên tắc chuyển hoá thành hợp chất khác hoặc tách loại, cách ly chúng ra khỏi môi trường nước như:

• Phương pháp hoá lý: trao đổi ion, stripping;
• Phương pháp hoá học; oxy hóa amoni, phương pháp điện hóa; kết tủa amoni bằng MAP (magie amoni photphat)
• Phương pháp sinh học; quá trình anammox, quá trình nitrat hóa và khử nitrat, …

a. Phương pháp hoá lý

Trao đổi ion

Cơ chế loại bỏ amoni dựa trên trao đổi các ion cationit đồng thời các amoni cũng được loại bỏ thông qua sự hấp phụ trong các lỗ cấu trúc của zeolite. Hạt nhựa sau sử dụng được hoàn nguyên bằng axit sunfuric hoặc muối. 

Stripping điều khiển pH

Nâng pH nước thải lên 11 để chuyển hóa NH_4⁺ sang NH₃(khí) Sử dụng quạt gió để tạo hiệu quả tối đa.

Stripping điều khiển nhiệt độ

Cung cấp nhiệt vào nước thải là một giải pháp. Hiệu quả xử lý cao nhưng chi phí cũng cao. 

b. Phương pháp hoá học

Phương pháp điện hoá

Để xử lý amoni trong nước thải có một số nghiên cứu áp dụng pha nước thải với 20% nước biển và đưa vào bể điện phân với anot than chì và catot inox. Dưới tác dụng của dòng điện sẽ tạo thành magie hidroxit, chất này phản ứng với amoni và photpho trong nước thải tạo thành thành phần không tan là magie amoni photphat. Ngoài ra quá trình điện phân còn hình thành Cl₂ có thể oxy amoni, các chất hữu cơ và diệt khuẩn cho nước thải. Hiệu suất xử lý amoni của phương pháp này đạt 80 – 85%, hiệu điện thế sử dụng khoảng 7V, tiêu tốn điện năng ở mức 200A/h cho 1 m³ nước thải. Chất kết tủa tạo thành có thể sử dụng làm phân bón.

Phương pháp oxy hóa amoni

Lượng Clo khi cho vào nước thải sẽ có tỷ lệ với amoni là 8:1 và thường được cho dư để các phản ứng có thể xảy ra hoàn toàn. Khi chất phản ứng gần hết thì phần dư đó sẽ phản ứng với các chất hữu cơ có trong nước để hình thành chất cơ clo có mùi đặc trưng.

Trong đó có khoảng 15% là hợp chất các nhóm THM và HAA – Axit Axetic halogen hóa thì đều có khả năng gây ung thư. Trao đổi các Ion để xử lý amoni. Các Ion sẽ được hoán đổi với cation trong zeolite. Các zeolite này sẽ thường xuyên tái sinh hơn.

Phương pháp kết tủa amoni bằng MAP (magie amoni photphat)

Kết tủa amoni bằng MAP được nghiên cứu và thực hiện cho các loại chất thải khác nhau như nước thải thuộc da của ngành công nghiệp da và trong các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp, từ các nhà máy than cốc và các trang trại chăn nuôi, bùn thải rượu và nước rỉ của bãi rác,…

Phản ứng như sau:

        Mg²⁺  + PO₄^3- + NH₄⁺ + 6H₂O → MgNH₄PO₄.6H₂O

MAP có độ hoà tan trong nước thấp (0,169 g/l ở 25^oC) và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. MAP được hình thành về mặt lý thuyết là kết tủa, do MAP có thành phần tương tự của Mg, P và N nên có thể sử dụng cho phân bón thương mại.

c. Phương pháp sinh học

Quá trình anammox (môi trường yếm khí)

Quá trình 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.

Quá trình 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. 

Xem thêm: Các phương pháp xử lý photpho trong nước thải mang lại hiệu quả tốt nhất. 

d. Hiện nay còn có phương pháp tách amoni bằng quá trình màng thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis)

RO là phương pháp lọc tốt nhất trong tất cả các phương pháp lọc màng. Quá trình lọc này chỉ cho nước đi qua màng còn tất cả các tạp chất, chất hoà tan, hợp chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, amoni hòa tan đều bị giữ lại. Màng lọc dùng trong trường hợp này có kích thước lỗ < 0,0005 µm.

Tùy vào việc xử lý amoni trong nước thải công nghiệp hay sinh hoạt để lựa chọn giải pháp phù hợp nhất. NTS  Engineering là một trong những đơn vị uy tín với các chuyên gia đầu ngành trong xử lý nước thải. Vì thế, bạn có thể liên hệ ngay với NTS Engineering để có giải pháp phù hợp nhất, hiệu quả và tiết kiệm nhất trong xử lý amoni.

Xem ngay: Dịch vụ tư vấn lắp đặt, bảo trì hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp trọn gói từ A đến Z 

---

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, Thành phố Hồ Chí Minh

Điện thoại: 0888 167 247

Email: nts@ntse.vn

Website: ntse.vn/xu-ly-nuoc

Facebook: facebook.com/INTSE.VNI/