Nitơ Amoni là một trong những chỉ tiêu chính được quy định trong các Quy chuẩn nước thải đầu ra. Do vậy, hiểu rõ tính chất của từng loại nước thải và lựa chọn công nghệ phù hợp sẽ giúp xử lý triệt để, hiệu quả chỉ tiêu này. Trong bài này, Biogency sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về 4 phương pháp xử lý Nitơ, Amonia trong nước thải đang được áp dụng hiện nay, giúp các nhà thiết kế lựu chọn các phương pháp hoặc kết hợp các phương pháp xử lý Nitơ, Amonia đem lại hiệu quả cao nhất.
1. Phương pháp xử lý Nitơ, Amonia bằng “Tháp Stripping”
– Cơ chế của tháp Stripping:
Tháp Air Stripping là một công nghệ thích hợp để xử lý nước thải có nồng độ Amoni cao như nước thải rỉ rác, chế biến thủy sản, chăn nuôi, cao su, bột cá… Cơ chế của phương pháp này là tạo ra sự tác động để dễ dàng giải phóng Nitơ Amonia dưới dạng hơi hoặc khí.
Hình 1. Tháp Stripping trong xử lý Nitơ Amonia.
Để phương pháp xử lý Nitơ Amonia bằng tháp Stripping đạt hiệu quả cao, cần đảm bảo kiểm soát pH đạt mức 11.0 – 13.0 để thúc đẩy cho quá trình chuyển hóa NH4+ thành khí NH3. Khi dòng nước thải đi qua tháp stripping, NH3 sẽ được đuổi ra khỏi nước thải, từ đó giảm nồng độ Nitơ Amonia trong nước thải. Do vậy, khi áp dụng phương pháp xử lý Nitơ Amonia bằng tháp Stripping ta cần châm thêm hóa chất để tăng độ pH.
– Ưu điểm của tháp Stripping:
- Quá trình vận hành đơn giản, thiết bị và công nghệ không cần kỹ thuật phức tạp.
- Việc vận hành chủ yếu dựa cân chỉnh và kiểm soát pH, không bị phụ thuộc vào sự biến động nồng độ Nitơ Amonia đầu vào.
- Là phương pháp xử lý vật lý và hóa học nên không tạo ra sản phẩm phụ sau xử lý.
- Nếu vận hành tốt có thể loại bỏ Amoni khỏi nước thải lên đến 85%.
– Nhược điểm của tháp Stripping:
- Không thể hoạt động trong thời tiết lạnh.
- Chỉ có thể loại bỏ Nitơ Ammonia (NH4/NH3), không thể xử lý được thành phần Nitơ hữu cơ, Nitrit, Nitrat trong nước thải.
- Khí Amoni thoát ra từ tháp có thể gây ra các vấn đề về khu vực xung quanh (mùi khai của Amoniac).
- Yếu tố quan trọng là chi phí vận hành cao do sử dụng vôi hay xút để điều chỉnh pH, ngoài ra cần phải hạ pH để đảm bảo điều kiện vận hành của hệ sinh học hoặc keo tụ tạo bông phía sau.
– Một số lưu ý khi vận hành và bảo trì, bảo dưỡng hệ thống tháp Stripping:
- Các thiết bị trong hệ thống cần được kiểm tra định kỳ và hiệu chỉnh thường xuyên (máy bơm, máy thổi khí, quạt hút, vật liệu khác) do phản ứng của hóa chất đến thiết bị.
- Kiểm tra lớp vật liệu đệm dễ bị bám cáu cặn, làm giảm hiệu quả xử lý.
- Nước thải cần được lắng sơ bộ trước khi cho vào tháp.
2. Phương pháp xử lý Nitơ, Amonia bằng “Cân bằng sinh khối trong bể sinh học và xả bùn dư”
– Cơ chế của phương pháp:
Cơ chế của phương pháp xử lý Nitơ, Amonia bằng “Cân bằng sinh khối trong bể sinh học và xả bùn dư” dựa trên quá trình sinh khối tạo tế bào mới của vi sinh vật. Như chúng ta đã biết, tế bào vi sinh vật được cấu tạo bởi 3 nguyên tố chính là C:N:P, trong tự nhiên nói chung và nước thải nói riêng đều xảy ra quá trình này.
Vi sinh vật lấy C, N, P trong nước thải để tăng trưởng kích thước tế vào và nhân đôi tạo sinh khối. Lượng sinh khối sinh ra càng nhiều, đồng nghĩa là lượng Nitơ Amonia được tiêu thụ càng nhiều để chuyển vào tế vào vi sinh vật. Nitơ Amonia được tách ra khỏi nước thải bằng cách xả bùn dư, từ đó giảm hàm lượng Nitơ Amonia trong nước thải.
Hình 2. Sơ đồ cân bằng sinh khối trong bể sinh học và xả bùn dư.
– Ưu điểm của phương pháp:
- Dễ vận hành, chỉ cần nuôi cấy để tạo ra sinh khối lớn trong các bể sinh học
- Chi phí rẻ
– Nhược điểm của phương pháp:
- Lượng sinh khối quá lớn, lượng bùn xả sẽ nhiều, tốn kém chi phí thiết bị (máy ép bùn, bể chứa bùn, sân phơi bùn) và chi phí vận chuyển xử lý.
- Khó vận hành và có thể gây sốc tải với hàm lượng Nitơ Amonia đầu vào quá cao. Nồng độ Nitơ Amonia đầu vào lớn hơn 500 mg/l trở lên có thể kết hợp xử lý Stripping trước khi xử lý bằng phương pháp sinh học.
– Lưu ý khi vận hành:
Cần cân bằng C:N:P để bổ sung cơ chất tương ứng (bổ sung mật rỉ đường, Methanol,…) phù hợp.
3. Phương pháp xử lý Nitơ, Amonia bằng cách “Sử dụng Anammox”
– Cơ chế của Anammox:
Phương pháp xử lý Nitơ Amonia bằng Anammox dựa trên quá trình oxy hóa Amoni yếm khí (Anaerobic Ammonium Oxidation – Anammox), trong đó Amoni và Nitrit được oxy hóa một cách trực tiếp thành khí N2 dưới điều kiện yếm khí.
Đây là một phương pháp xử lý Nitơ Amonia có hiệu quả và kinh tế so với quá trình loại bỏ Amoni thông thường từ trong nước thải có chứa nhiều Amoni.
Hình 3. Sơ đồ quá trình Annamox.
– Ưu điểm của Anammox:
- Cần ít oxy hơn, giảm công suất các máy thổi khí.
- Không cần nguồn cơ chất (Carbon) từ bên ngoài.
- Thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng Carbon thấp.
– Nhược điểm của Anammox:
- Quá trình Anammox đòi hỏi quá trình khởi động lâu, do tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn Annammox rất chậm (khoảng 11 ngày).
- Sử dụng vi khuẩn Anammox tự dưỡng hoàn toàn nên rất khó nuôi cấy.
- Chỉ có thể loại bỏ Nitơ Ammonia (NH4/NH3), không thể xử lý được thành phần Nitơ hữu cơ, Nitrit, Nitrat trong nước thải.
- Chưa đưa vào ứng dụng hiệu quả trong hệ thống nước thải thực tế.
4. Phương pháp pháp xử lý Nitơ, Amonia bằng cách “Sử dụng quá trình Nitrat hóa và Khử Nitrat”
– Cơ chế của phương pháp:
Là phương pháp xử lý Nitơ Amonia chuyển hóa theo chu trình Nitơ: NH4+ → NO2- → NO3- → N2↑.
Phương pháp này gồm 2 quá trình chính:
- Quá trình Nitrat hóa: Là quá trình Oxy hóa Amoniac thành Nitrat với sản phẩm trung gian là Nitrit. Đây là quá trình đầu tiên để khởi động chu trình Nitơ, được thực hiện bởi bộ đôi vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Cụ thể quá trình Nitrat hóa sẽ diễn ra như sau:
Hình 4. Sơ đồ của quá trình Nitrat hóa.
- Quá trình khử Nitrat: Khi quá trình Nitrat hóa kết thúc sẽ đến bước thứ 2 trong chu trình xử lý Nitơ trong nước thải đó là quá trình khử Nitrat thành khí N2 về khí quyển, từ đó giảm hàm lượng Nitơ, Amoniac nồng độ cao trong nước thải, giúp các nhà máy, xí nghiệp, khu đô thị… đáp ứng tiêu chí nước thải đầu ra theo quy định.
Hình 5. Sơ đồ của quá trình khử Nitrat.
– Ưu điểm của phương pháp:
- Giúp loại bỏ Nitơ Ammonia (NH4/NH3), Nitrit, Nitrat trong nước thải.
- Nhu cầu lượng cơ chất ít hơn phương pháp gia tăng sinh khối + xả bùn dư (lượng Carbon cần bổ sung cho quá trình xử lý ít hơn).
- Chi phí vận hành thấp.
– Nhược điểm của phương pháp:
- Cần đảm bảo thiết kế và vận hành của 2 quá trình Nitrat hóa (hiếu khí) và Khử Nitrat (thiếu khí) để phương pháp đạt hiệu quả tối ưu.
Hình 6. Phương pháp xử lý Nitơ, Amonia với bộ đôi Men vi sinh Microbe-Lift IND và Microbe-Lift N1.
Kết luận, mỗi phương pháp xử lý Nitơ, Amonia trong nước thải đều có những ưu và nhược điểm riêng, các nhà thiết kế và vận hành sẽ dựa vào tính chất nước thải và nồng độ Nitơ Amonia để lựa chọn phương pháp phù hợp. Liên hệ Biogency qua HOTLINE 0909 538 514 để được tư vấn chi tiết hơn.
>>> Xem thêm: Giải Pháp Xử Lý Nitơ, Amonia bằng phương pháp sinh học
