Nitrat, nitrit, amoni là những ion tự nhiên của các hợp chất trong chu trình chuyển hóa của nitơ. Các hợp chất của nitơ có trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên, trong các chất thải và các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Ion nitrat [NO3-] là dạng ổn định của nitơ kết hợp cho các hệ thống oxy hoá. Mặc dù không phản ứng hoá học, nó có thể được giảm bớt bằng hành động vi khuẩn. Ion nitrit [NO2-] chứa nitơ trong trạng thái ôxi hóa tương đối không ổn định. Ion amoni [NH4+] hay nước chứa NH3 là trạng thái chứa nito ở dạng oxi hóa khá ổn định và là chất gây nhiễm độc trầm trọng cho nước. Các quá trình hóa học và sinh học có thể làm giảm nitrit hơn đối với các hợp chất khác nhau hoặc oxy hóa nó thành nitrate. Nitrat, nitrit có thể tiếp cận cả nước mặt lẫn nước ngầm do hậu quả của hoạt động nông nghiệp [bao gồm việc sử dụng phân bón vô cơ và phân bón dư thừa], từ xử lý nước thải và từ quá trình oxy hóa các chất thải nitơ trong phân người và động vật, kể cả bể tự hoại.
Nguồn nước sinh hoạt bị nhiễm nitrat
Nitrat, nitrit, amoni là những hợp chất có tính độc hại tới sinh vật và con người vì sản phẩm nó chuyển hóa thành có thể gây độc cho sinh vật, tác nhân tạo hợp chất tiền ung thư nguy hiểm gây ung thư cho con người.
Thực ra nitrat không độc đối với con người nhưng khi nitrat được hấp thu vào cơ thể sẽ bị chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột. Nitrit là mối nguy đặc biệt đối với sức khỏe vì nó oxy hóa huyết sắc tố hemoglobin trong máu chuyển thành methemoglobin. Methemoglobin làm giảm lượng oxy trong máu, dẫn đến việc các tế bào trong cơ thể bị thiếu oxy để hoạt động bình thường. Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng gây ung thư do ăn uống nước bị ô nhiễm nitrat, nitrit và amoni [ở nồng độ cao] trong thời gian dài. Nitrat, nitrit và amoni [đặc biệt là nitrit] vẫn được khuyến cáo là có khả năng gây ung thư ở người do nitrit sẽ kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamine-1 hợp chất tiền ung thư. Hàm lượng nitrosamin cao khiến cơ thể không kịp đào thải, tích lũy lâu ngày trong gan có thể gây ra hiện tượng nhiễm độc, ung thư gan hoặc ung thư dạ dày.
Bên cạnh đó, các hợp chất amoni trong nước uống lâu ngày với nồng độ cao hơn 1mg/l có thể gây hại cho cơ quan nội tạng, gây kích ứng cho cơ thể, họng và phổi khi nuốt phải, gây tổn thương đến các mô và trong điều kiện sinh học của cơ thể có thể chuyển hóa thành nitrit tạo hợp chất tiền ung thư. Trường hợp nhiễm độc trầm trọng nếu không được cứu chữa kịp thời dẫn đến nguy cơ tử vong cao.
Các khu vực ô nhiễm như sau: Hà Đông, Hoàng Mai, Gia Lâm, Hai Bà Trưng, Thanh Xuân [Hà Nội], Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, TP. Buôn Ma Thuột [Đắk Lắk], Củ Chi, Gò Vấp, Tân Bình, Hóc Môn, Bình Chánh và quận 12 [TP.Hồ Chí Minh] và một số tỉnh khu vực miền Đông Nam Bộ như Bình Phước, Đồng Nai.
Xử lý amoni nước thải đã trở thành một chủ đề nóng trong vài năm qua. Các giới hạn cho phép xả thải đối với amoni ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn. Xử lý amoni trở thành một trong những quy trình quan trọng nhất và khó nhất trong các hệ thống xử lý nước.
Xử lý amoni nước thải đòi hỏi phải loại bỏ qua quá trình nitrat hóa. Quá trình sinh học 2 bước tuần tự, vi khuẩn oxy hóa amoniac [AOB] và ion amoni [NH4 +] thành nitrit [NO2–] và oxy hóa nitrit thành nitrat [NO3–].
Xử lý amoni hoàn chỉnh yêu cầu hệ thống phải chuyển đổi đầy đủ 2 bước quan trọng này. Vì cả amoniac và nitrit đều độc hại cho vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas và Nitrobacter.
Cả hai loại 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.
Vi khuẩn nitrat hóa thu ít năng lượng hơn so với vi khuẩn dị dưỡng. Do đó tốc độ tăng trưởng tế bào của chúng chậm hơn. Đặc biệt với Nitrosomonas, vi khuẩn chịu trách nhiệm chuyển đổi amoniac thành nitrit ở bước 1, do đó hạn chế sự phát triển của Nitrobacter.
Nước thải chứa nồng độ amoniac cao, cần thực hiện 8 bước bắt buộc để xử lý amoni đạt tiêu chuẩn cho phép.
1. Bổ sung chế phẩm vi sinh xử lý amoni, ni tơ
Xử lý amoni nước thải bằng bổ sung vi sinh xử lý amoni [NA – USA] để giảm ngay nồng độ amoniac. Thực hiện bổ sung thêm vào hàng ngày trong khoảng thời gian dài một tuần cho đến khi mức amoniac giảm xuống.
2. Kiểm tra mức DO hòa tan
Nitrat hóa là vi khuẩn hiếu khí bắt buộc. Chúng cần 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. Nhu cầu khoảng 4,6 kg oxy cho mỗi kg ion amoni bị oxy hóa thành nitrat [1 kg oxy để oxy hóa 1 kg BOD]. Để đảm bảo quá trình nitrat hóa hiệu quả, luôn duy trì mức DO bằng hoặc lớn hơn 1,5 mg/l.
3. Duy trì nhiệt độ thích hợp
Xử lý amoni nước thải đạt hiệu quả cao khi nhiệt độ thích hợp cho hoạt động vi sinh. Quá trình nitrat hóa nhạy cảm với nhiệt độ và chất nitrat hóa không thích nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Vi khuẩn nitrat hóa hoạt động hoạt động kém dưới 15°C [59°F] và trên 35°C [95°F]. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrat hóa thường được coi là 30°C [86°F].
4. Kiểm soát giá trị pH trong hệ thống xử lý
Quá trình nitrat hóa nhạy cảm với pH, tỷ lệ xử lý amoniac giảm đáng kể ở các giá trị pH dưới 6,8. Tốc độ nitrat hóa tối ưu xảy ra ở các giá trị pH trong khoảng 7,5 đến 8,5. Phần lớn nước thải đô thị sẽ có độ pH trong phạm vi này, tuy nhiên, nước thải công nghiệp sẽ không đạt. Vì vậy phải kiểm soát giá trị pH trong hệ thống chặt chẽ các mức này.
5. Đảm bảo độ kiềm
Quá trình nitrat hóa tiêu thụ độ kiềm. Độ kiềm hoạt động như một chất đệm cho các axit do vi khuẩn Nitrat hóa tạo ra. Nước thải có đủ độ kiềm, pH vẫn nằm trong phạm vi mong muốn. Nitrat hóa cần 7,14 g/l độ kiềm cho 1,0 mg/l Amoniac chuyển đổi thành Nitrat [NO3]. Quá trình nitrat hóa sẽ tiếp tục xảy ra ở mức độ kiềm dưới 40 ppm [như CaCO3], mặc dù phạm vi tối ưu là dưới 100 ppm.
6. Cân đối dinh dưỡng
Dinh dưỡng cân đối cho quá trình phát triển vi sinh. Đặc biệt, mức độ phốt pho có xu hướng thiếu hụt cần cung cấp từ bên ngoài. Các nguyên tố khác cần đo bao gồm canxi, sắt, magiê và molypden, đồng, niken và kẽm. 03 nguyên tố sau là cần thiết nhưng độc hại ở nồng độ cao.
7. Loại bỏ bùn tích tụ và kim loại nặng
Amoniac có thể được giải phóng do tích tụ bùn ở những hệ thống thiết kế bể lắng không tốt. Bùn sẽ phân hủy khí ở đáy bể, nồng độ amoniac đầu ra có thể cao, thậm chí cao hơn đầu vào.
Vi khuẩn nitrat hóa dễ bị ức chế bởi các kim loại nặng hơn là vi khuẩn khử BOD. Cần loại bỏ kim loại nặng gây độc ức chế quá trình nitrat.
8. Gia tăng tuổi bùn
Xử lý amoni nước thải để đạt hiệu quả cao cần gia tăng tuổi bùn. Vi sinh vật tự dưỡng phát triển tương đối chậm với năng suất tế bào thấp. Tuổi bùn phải được giữ đủ cao để duy trì dân số của chúng. Ngoài ra, dinh dưỡng phải được kiểm soát loại bỏ trước khi nitrat hóa, vi sinh vật tự dưỡng không cạnh tranh tốt với sinh vật dị dưỡng loại bỏ BOD.
Xử lý amoni nước thải bằng phương pháp sinh học là giải pháp bền vững và tiết kiệm rất lớn chi phí vận hành cho chủ sơ sở. Tuy nhiên, đây là công đoạn khó nhất trong hệ thống xử lý nước thải. Đặc biệt là các hệ thống nước thải có nồng độ cao amoni như nhà máy may, điện tử. Amoni nước thải các nhà máy này cao gấp 3-4 lần nước thải sinh hoạt thông thường. Các hệ thống trước đây chỉ thiết kế theo các chỉ số nước thải thông thường do đó đều không xử lý được amoni.
Công ty Hưng Phương nhận thiết kế thi công, cải tạo hệ thống xử lý nước thải có nồng độ amoni cao. Hãy liên hệ chúng tôi để được hổ trợ tư vấn xử lý nước thải miễn phí.