3 phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải

CCEP đưa ra các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải, xử lý Amoni và photpho trong nước thải THÀNH CÔNG 100%

Trong các bộ tiêu chuẩn, quy chuẩn của Việt Nam hiện nay, chỉ tiêu Nitơ, Photpho là 2 trong các chỉ tiêu gần như là thấp và khó xử lý nhất.

Có nhiều phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, nên không thể nói phương pháp nào là tốt nhất.

>>Xem thêm: xử lý nước thải sinh hoạt

Để xử lý nước thải sinh hoạt có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên phương pháp đầu tư xây dựng ít tiền nhất, hoạt động hiệu quả nhất và chi phí vận hành thấp nhất thì không phải ai cũng biết.

>> Xem thêm video hướng dẫn Xử lý nito trong nước thải

1. Nitơ trong nước thải tồn tại ở những dạng nào?

Chúng ta nên chia làm 2 nhóm: vô cơ và hữu cơ. Nitơ vô cơ thì đơn giản, đa số là amoni, nitrat và nitrit hoặc ure. Nito hữu thì phức tạp hơn nó có thể là các amin bậc thấp, axit amin, protein v.v.

2. Các chỉ tiêu đánh giá hàm lượng nitơ trong nước thải?

Có mấy chỉ tiêu cơ bản: NH4+, NO3-, NO2-, TKN và TN. Trong đó các bạn lưu ý có sự khác biệt giữa ký hiệu N-NH4+ với NH4+ tương tự vậy N-NO3- và NO3-. Trong đó: Chỉ tiêu N-NH4+ là lượng nito trong amoni, còn NH4+ là lượng amoni, khối lượng mol của N là 14 và của NH4+ là 18 vậy 2 chỉ số này sẽ chênh nhau khoảng gần 30%.

Trong trường hợp N-NO3- và NO3- thì mức độ chênh lệch lên tới 350%. Vậy nên các bạn phải xem xét kỹ chúng ta đang nói về chỉ tiêu nào nhé.

Chỉ số TKN hay còn gọi là tổng nito Kendal sẽ xác định lượng Nito hữu cơ + lượng nito ure + lượng nito amoni. Nguyên lý cơ bản là chuyển hóa tất cả lượng nito này thành NH3 rồi xác định lượng NH3 này thông qua một vài bước thí nghiệm.

Vậy TKN và TN có khác nhau không? TN> TKN do TN ngoài các thành phần nito trong TKN còn có thêm nito trong nitrat và nitrit,

Nói cách khác chúng ta có thể viết công thức: TN=TKN + N/NO3- + N/NO2-

3. Những phương pháp nào để xử lý nitơ trong nước thải?

Bao gồm các phương pháp 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.

Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Hãy lựa cơm gắp mắm, tình huống nào sẽ dùng phương pháp nào và thậm chí kết hợp các phương pháp

4. Tripping là gì?

Đây là phương pháp để xử lý amoni trong nước thải từ dạng NH4+ thành ammoniac NH3. Sau đó dùng lượng khí lớn loại bỏ NH3 ra khỏi nước thải. pH để thực hiện quá trình xử lý nitơ trong nước thải này duy trì ở mức 11 – 11.5. Lượng khí cần thổi thường ở mức 3m3 khí cho 1l nước thải. Hiệu quả của quá trình tripping thường chỉ đạt tối đa 95%

5. Nguyên lý của quá trình trao đổi ion để xử lý Amoni trong nước thải.

Phương pháp này thường dùng để xử lý amoni trong nước thải. Vật liệu đa số sẽ dùng hạt nhựa kationit. Hạt nhựa sau sử dụng được hoàn nguyên bằng axit sunfuric hoặc muối. Bài toán xử lý dung dịch này cũng khá phức tạp và tốn kém. Do đó phương pháp này thường không được áp dụng ở quy mô lớn.

6. Nguyên lý của phương pháp điện hóa ứng dụng xử lý Amoni trong nước thải:

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 anod than chì và katod 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 oxi 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.

7. Phương án tối ưu, thông dụng và đơn giản nhất để xử lý amoni trong nước thải là phương pháp sinh học.

Để sử dụng tốt được phương pháp sinh học để xử lý Nitơ trong nước thải thì điều quan trọng nhất là phải hiểu được chính xác công thức: BOD5:N:P = 100:5:1 – Theo quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, có 2 chỉ tiêu liên quan đến ni tơ là NH4+ (tính theo N) và NO3- (tính theo N).

NH4+ sẽ chuyển thành NO3- qua quá trình nitrification, sau đó NO3- chuyển thành N2 tự do bởi quá trình denitrification (như ảnh). Nitrification xảy ra ở bể hiếu khí, trong khi denitrification ở bể thiếu khí.

Nitrification xảy ra trước. Denitrification xảy ra sau. Vậy tại sao các bể lại thiết kế dạng A-O (thiếu khí trước – hiếu khí sau)? LÝ DO? Nếu quá trình xử lý hiếu khí trước, BOD có thể mất hết mà nitơ mới chỉ ở dạng NO3-, chưa tách thành dạng N2 tự do. Khi đó chỉ đạt quá trình xử lý chất hữu cơ và xử lý Amoni trong nước thải, nhưng không đạt chỉ tiêu Nitrat.

Do đó trong thiết kế thông thường, để giảm thể tích các bể chứa người ta thiết kế bể Anoxic trước bể Oxic. Việc chuyển hóa từ NO3- thành N2 diễn ra trong bể Anoxic nhờ dòng bơm tuần hoàn.

Sơ đồ xử lý acmoni trong nước thải sinh hoạt

Các quá trình xử lý nito trong nước thải cơ bản xảy ra như sau:

1. Nitrat hóa

Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng. Trong đó năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn được lấy từ các hợp chất ôxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amôni. Ngược với các vi sinh vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn các bon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành nhỏ hơn nhiều lần so với quá trình dị dưỡng.

Để xử lý Amoni trong nước thải phải duy trì được quá trình Nitrat hóa.

Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amoni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi sinh vật. Đó là vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria. Ở giai đoạn đầu tiên amôni được chuyển thành nitrit. Ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat

• Bước 1. NH4- + 1,5 O2 –> NO2- + 2H+ + H2O
• Bước 2. NO-2 + 0,5 O2 –> NO3-

Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria 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 bằng phương trình sau :

NH4- + 2 O2 –> NO3- + 2H+ + H2O (*)

Cùng với quá trình thu năng lượng, một số iôn Amoni được đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào.

Quá trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

4CO2 + HCO3- + NH+4 + H2O –> C5H7O2N + 5O2

C5H7O2N tạo thành được dùng để tổng hợp nên sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn.

Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau :

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

Lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá amôni thành nitrat cần 4,3 mg O2/ 1mg NH4+.

Giá trị này gần bằng với giá trị 4,57 thường được sử dụng trong các công thức tính toán thiết kế. Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế bào không được xét đến.

2. Khử nitrit và nitrat:

Trong môi trường thiếu ôxy, các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

+ Khử nitrat : NO3- + 1,08

Muốn xử lý Nitơ trong nước thải phải đảm bảo đủ cả 2 quy trình Nitrat hóa và Denitrat hóa.

>>> Xem thêm: Khắc phục sự cố hệ thống xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính

Nếu cần xử lý Nitơ trong nước thải, liên hệ với CCEP để được tư vấn