Các giới hạn cho phép xả thải đối với Amonia ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn, khiến việc xử lý Amonia trở thành một trong những quy trình quan trọng nhất và khó duy trì nhất trong việc phục hồi tài nguyên nước. Một trong những vấn đề mà nhiều kỹ sư vận hành đang gặp phải là “bông bùn thì to đẹp, nhưng quá trình xử lý Amonia lại diễn ra không đạt”, vì sao lại như vậy? Và cách khắc phục như thế nào? Hãy cùng Biogency tìm hiểu chi tiết hơn qua bài viết dưới đây.
Quá trình Nitrat hóa trong bể hiếu khí diễn ra như thế nào?
Việc hoàn thành quá trình xử lý Amonia trong nhiều hệ thống đòi hỏi phải loại bỏ nó thông qua quá trình Nitrat hóa gồm 2 bước, trong đó sự góp mặt của vi khuẩn hiếu khí oxy hóa Amoni thành Nitrat là bắt buộc:
- Vi khuẩn oxy hóa Amoniac (AOB) oxy hóa các ion Amoni (NH4 +) thành Nitrit (NO2-).
- Vi khuẩn oxy hóa Nitrit (NOB) oxy hóa Nitrit thành Nitrat (NO3-).
Hình 1. Sơ đồ chuyển hóa Amonia trong nước thải.
Quá trình chuyển đổi cần đầy đủ 2 bước, vì cả Amoniac và Nitrit đều độc hại và có thể gây ra vượt quá mức cho phép, được thực hiện bằng cách duy trì hai loại vi khuẩn Nitrat hóa: Nitrosomonas và Nitrobacter.
Cả hai loại vi khuẩn Nitrat hóa đều là sinh vật tự dưỡng, có nghĩa là chúng tạo ra các vật liệu tế bào bằng cách sử dụng Carbon Dioxide hoặc Cacbonat và thu năng lượng từ quá trình chuyển đổi hóa học của Amoniac thành Nitrit và Nitrat.
Bởi vì chúng thu được ít năng lượng hơn trong quá trình trao đổi chất so với các vi khuẩn nước thải dị dưỡng phổ biến hơn vốn cần Carbon hữu cơ để phát triển, nên tốc độ tăng trưởng tế bào của chúng chậm hơn.
Hình 2. Hình ảnh vi sinh vật xử lý nước thải dưới ống kính hiển vi.
Điều này đặc biệt đúng với Nitrosomonas, vi khuẩn chịu trách nhiệm chuyển đổi Amoniac thành Nitrit ở bước 1, do đó hạn chế sự phát triển của Nitrobacter.
Đối với nhiều hệ thống xử lý nước thải, kỹ sư vận hành tốt, cơ sở vật chất đáp ứng để vận hành một hệ thống, tuy nhiên trong quá trình vận hành, mặc dù đã theo dõi quản lý rất tốt quá trình phát triển của bùn hoạt tính trong bể nước thải. Hệ vi sinh phát triển tốt, bông bùn to đẹp, không có cặn lơ lửng, chi tiêu đầu ra tất cả đều đạt chỉ trừ Amonia.
Vậy nguyên nhân vì sao chỉ số Amonia vẫn không đạt khi bùn hoạt tính vẫn to, đẹp trong bể sinh học hiếu khí?
Vì sao bông bùn to đẹp nhưng không xử lý Amonia được?
– Thiếu chủng vi sinh Nitrifier để Nitrat hóa
Thiếu các chủng vi sinh Nitrat hóa sẽ làm gián đoạn quá trình xử lý Amonia, vì thế, cần bổ sung ngay lập tức các chủng này để giảm nồng độ Amoniac trong hệ thống.
Mặc dù quần thể Nitrat hóa của hệ thống cuối cùng sẽ tự phục hồi, nhưng sẽ mất vài tuần hoặc vài tháng do sự phát triển chậm của chúng và tiền phạt thường được đưa ra mỗi ngày nếu vượt quá mức Amoniac cho phép. Vì thế, việc bổ sung các chủng vi sinh vật cho quá trình Nitrat hóa (Nitrosomonas và Nitrobacter) ngay từ đầu để xử lý Amonia là điều cần thiết phải thực hiện.
– Mức DO hiện tại phù hợp với quá trình phân hủy chất hữu cơ, nhưng chưa phù hợp với quá trình Nitrat hóa
Quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra khi nồng độ 1,5mg/l. Tuy nhiên, quá trình Nitrat hóa sử dụng các chủng vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, có nghĩa là chúng yêu cầu Oxy phân tử tự do và bị tiêu diệt bởi các điều kiện yếm khí, mặc dù thiếu Oxy trong thời gian ít hơn 4 giờ sẽ không ảnh hưởng xấu đến chúng.
Trên thực tế, cần khoảng 4,6kg Oxy cho mỗi kg ion Amoni bị oxy hóa thành Nitrat (so với yêu cầu chỉ 1kg oxy để oxy hóa 1kg BOD Cacbon).
- Quá trình Nitrat hóa tối đa xảy ra ở mức DO là 3,0 mg/L.
- Quá trình Nitrat hóa đáng kể xảy ra ở mức DO từ 2,0 đến 2,9 mg/L.
- Quá trình Nitrat hóa chấm dứt ở mức DO dưới 0,5 mg/L.
Hình 3. Bể hiếu khí diễn ra quá trình Nitrat hóa.
– Nhiệt độ nước thải không thích hợp
Quá trình Nitrat hóa nhạy cảm với nhiệt độ và chất Nitrat hóa không thích nhiệt độ quá cao, chúng sẽ xử lý Amonia kém khi ở dưới 15°C và trên 35°C. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình Nitrat hóa thường ở mức 30°C.
– Độ pH của nước thải chưa đạt
Quá trình Nitrat hóa cũng nhạy cảm với pH và các điều kiện Axit đặc biệt bất lợi cho quá trình này. pH chấp nhận được cho quá trình Nitrat hóa trong phạm vi 6,5 – 9, với khoảng pH tối ưu xảy ra để xử lý Amonia là trên pH 7,5 và dưới pH 8.
– Thiếu độ kiềm
Quá trình Nitrat hóa tiêu thụ độ kiềm, sử dụng khoảng 7kg kiềm cho 1kg Amoniac. Quá trình Nitrat hóa sẽ tiếp tục xảy ra ở mức độ kiềm dưới 40 ppm (như CaCO3), mặc dù phạm vi tối ưu để Nitrat hóa và xử lý Amonia là dưới 100 ppm.
– Thời gian lưu bùn quá ngắn
Vì sinh vật tự dưỡng phát triển tương đối chậm với năng suất hình thành tế bào thấp (mỗi kg Amoniac Nitrat hóa chỉ tạo ra 0,15 kg tế bào mới), vì thế tuổi bùn phải được giữ đủ cao để duy trì mật độ của chúng. Ngoài ra, BOD phải được loại bỏ trước khi xử lý Amonia, mà cụ thể là Nitrat hóa, vì sinh vật tự dưỡng không cạnh tranh tốt với sinh vật dị dưỡng loại bỏ BOD.
– Thiếu chất dinh dưỡng
Phốtpho là chất dinh dưỡng cần phải có để quá trình Nitrat hóa xảy ra tối ưu, tuy nhiên chúng thường bị thiếu hụt. Các nguyên tố khác cần thiết cho quá trình này bao gồm Canxi, Sắt, Magiê và Molypden, cũng như Đồng, Niken và Kẽm (3 nguyên tố sau là cần thiết nhưng độc hại khi ở nồng độ cao).
– Dòng chất thải đầu vào có độc tính
Các chất ô nhiễm chẳng hạn như kim loại, hóa chất, FOG và nhiều chất khác trong dòng thải đầu vào ở mức độ cao làm ức chế quá trình Nitrat hóa. Tải lượng Amoniac, BOD hoặc COD tăng lên, làm cho hệ thống xử lý nước thải hiện tại không thể xử lý tải lượng mới (hệ thống bị quá tải).
Hãy nhớ rằng, Amoniac trong nước thải có thể bắt nguồn từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm Protein (thịt và máu), Urê, các sản phẩm Axit Amin, Casein, chất ức chế ăn mòn, hóa chất xử lý và nguyên liệu thô hoặc hóa chất tẩy rửa có chứa hợp chất Amoni bậc bốn. Vì thế, việc xử lý Amonia trong nước thải vô cùng phức tạp. Để quá trình xử lý Amonia diễn ra tối ưu, ngoài bông bùn to đẹp cần kiểm soát rất nhiều điều kiện khác.
Trên đây là những nguyên nhân làm cho quá trình xử lý Amonia mà cụ thể là quá trình Nitrat hóa không diễn ra được hoặc diễn ra nhưng không đạt trong khi bùn trong hệ thống sinh học rất đẹp. Hy vọng chúng sẽ hữu ích cho bạn trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải của mình. Để được tư vấn chi tiết hơn về các giải pháp sinh học giúp xử lý Amonia trong nước thải, hãy liên hệ Biogency qua HOTLINE 0909 538 514, chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ.
>>> Xem thêm: Định lượng dòng tuần hoàn Nitrat (NO3-) trong nước thải
