Xử lý hàm lượng amoni (NH₄⁺/NH₃) và tổng nitơ (Tổng N) trong nước thải

Xử lý hàm lượng amoni (NH₄⁺/NH₃)tổng nitơ (Tổng N) trong nước thải là một bước quan trọng để tránh ô nhiễm môi trường, đặc biệt là đối với nước mặt và nước ngầm. Dưới đây là các phương pháp xử lý phổ biến, được chia theo quá trình sinh học và hóa học:

Mục lục bài viết

1. Quá trình xử lý sinh học

a) Nitrification (nitr hóa):

  • Mục tiêu: Oxy hóa amoni thành nitrit (NO₂⁻), sau đó thành nitrat (NO₃⁻).

  • Vi khuẩn tham gia:

    • Nitrosomonas chuyển NH₄⁺ → NO₂⁻.

    • Nitrobacter chuyển NO₂⁻ → NO₃⁻.

  • Điều kiện:

    • Môi trường hiếu khí (DO ≥ 2 mg/L).

    • Nhiệt độ: 20–35°C.

    • pH: 7.0–8.0.

  • Ứng dụng: Trong bể aerotank, MBR, SBR, moving bed (MBBR)…

b) Denitrification (khử nitrat):

  • Mục tiêu: Chuyển NO₃⁻ → N₂ (khí nitơ thoát ra ngoài).

  • Vi khuẩn: Vi khuẩn kỵ khí tùy tiện (Pseudomonas, Paracoccus…).

  • Điều kiện:

    • Thiếu khí (anoxic): DO < 0.5 mg/L.

    • Có nguồn carbon dễ phân hủy (BOD, methanol, acetate…).

  • Ứng dụng: Trong bể anoxic (thiếu khí), thường kết hợp với bể hiếu khí theo sơ đồ: anoxic → oxic.

2. Tổng nitơ (T-N) gồm:

  • NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻ và Nitơ hữu cơ.

  • Phải xử lý theo trình tự:
    Nitơ hữu cơ → NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ → N₂.

3. Các công nghệ kết hợp phổ biến:

a) Công nghệ A2O (Anaerobic – Anoxic – Oxic):

  • Ưu điểm: Xử lý đồng thời BOD, N, P.

  • Gồm 3 ngăn:

    • Anaerobic: Khử phospho.

    • Anoxic: Khử nitrat.

    • Oxic: Nitr hóa.

b) Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor):

  • Bể xử lý theo mẻ, có các pha:

    1. Nạp nước.

    2. Thiếu khí → khử nitrat.

    3. Hiếu khí → nitr hóa.

    4. Lắng – xả nước.

c) Công nghệ MBBR + Anoxic:

  • Dùng vật liệu giá thể di động để tăng sinh khối vi sinh vật.

  • Có thể tạo cả vùng oxic và anoxic để xử lý N hiệu quả hơn.

4. Phương pháp hóa – lý (bổ trợ hoặc đặc biệt):

a) Chưng cất – Stripping Amoni:

  • Dùng ở pH cao (>10) để chuyển NH₄⁺ thành NH₃ (khí) và thoát ra ngoài.

  • Ứng dụng trong nước thải có nồng độ amoni rất cao (nước rỉ rác…).

b) Trao đổi ion hoặc hấp phụ:

  • Dùng zeolit hoặc nhựa trao đổi ion để loại bỏ NH₄⁺.

  • Ít dùng trong quy mô lớn vì chi phí cao.

5. Một số lưu ý khi thiết kế hệ xử lý Nitơ:

Yếu tố Khuyến nghị
Tỉ lệ C/N ≥ 4–6 để đảm bảo đủ carbon cho khử nitrat
DO >2 mg/L (hiếu khí), <0.5 mg/L (thiếu khí)
Nhiệt độ 20–35°C (thích hợp cho vi sinh vật)
pH 7.0–8.0 để tối ưu cho cả nitrification và denitrification

Tài liệu tham khảo:

1. Giáo trình và sách chuyên ngành

  1. “Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery” – Metcalf & Eddy, 5th Edition
    👉 Đây là giáo trình kinh điển, chi tiết về nitrification, denitrification, thiết kế bể A2O, MBBR, SBR, v.v.

  2. “Biological Wastewater Treatment” – C. von Sperling
    👉 Trình bày rõ ràng các quá trình vi sinh, các dạng nitơ trong nước thải, vai trò của C/N, DO, pH…

  3. “Environmental Biotechnology” – Bruce E. Rittmann & Perry L. McCarty
    👉 Tập trung vào vi sinh vật và quá trình sinh học trong xử lý nitơ và phospho.

2. Tiêu chuẩn và hướng dẫn kỹ thuật

  • TCVN 7222:2002 – Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt – Tiêu chuẩn thiết kế.

  • QCVN 14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.

  • QCVN 40:2011/BTNMT – Nước thải công nghiệp.

Mặc dù lý thuyết và thiết kế công trình xử lý nước thải ở Việt Nam (và cả trên thế giới) đã khá phát triển, nhiều hệ thống xử lý vẫn không đạt chuẩn xả thải. Có nhiều nguyên nhân, nhưng dưới đây là những lý do chính thường gặp nhất trong thực tế:

🔍 1. Thiết kế sai hoặc không phù hợp

  • Thiết kế không sát với thực tế: Dựa vào thông số nước thải lý thuyết hoặc không cập nhật đúng theo hiện trạng.

    Ví dụ: nồng độ amoni trong nước rỉ rác thực tế cao hơn nhiều so với thiết kế → quá tải vi sinh.

  • Không đủ thời gian lưu hoặc sai quy trình: Quá trình nitrification cần thời gian và DO cao, nếu thiết kế không đủ thể tích bể oxic → không xử lý hết NH₄⁺.

  • Không tích hợp vùng thiếu khí (anoxic) nên không xảy ra quá trình khử nitrat.

🔧 2. Vận hành kém, không đúng kỹ thuật

  • Không kiểm soát DO, pH, nhiệt độ, tải lượng → vi sinh yếu hoặc chết.

  • Thiếu nguồn carbon cho khử nitrat: Quá trình denitrification cần carbon dễ phân hủy (như BOD, methanol…). Nhiều hệ thống không bổ sung hoặc không đủ carbon → không khử NO₃⁻ được.

  • Không bùn hồi lưu đúng cách: Quản lý bùn ảnh hưởng lớn đến hệ vi sinh xử lý N.

⚠️ 3. Quá tải và thay đổi nước thải đột ngột

  • Lưu lượng và tải lượng tăng đột ngột (thường xảy ra ở KCN, nhà máy mùa cao điểm) → hệ thống quá tải, vi sinh không kịp thích nghi.

  • Shock tải: Do hóa chất, chất độc (kim loại nặng, chất tẩy rửa, xút…) làm chết vi sinh → mất khả năng xử lý nitơ.

🧪 4. Không theo dõi và điều chỉnh vận hành bằng dữ liệu

  • Không có hệ thống giám sát online DO, pH, NH₄⁺, NO₃⁻… → vận hành theo cảm tính.

  • Không lấy mẫu kiểm tra vi sinh định kỳ (SVI, MLSS, MLVSS, F/M ratio…) → không biết hệ vi sinh đang “khỏe” hay “yếu”.

💰 5. Tiết kiệm chi phí vận hành quá mức

  • Cắt giảm điện cho sục khí → thiếu oxy, không nitr hóa được.

  • Không bổ sung carbon hoặc không thay bùn → chết vi sinh xử lý N.

🏗️ 6. Lỗi do nhà thầu/đơn vị tư vấn yếu chuyên môn

  • Có trường hợp nhà thầu chỉ làm cho xong “để nghiệm thu” mà không tối ưu hóa cho quá trình khử N.

  • Thiếu phối hợp giữa đơn vị thiết kế – thi công – vận hành.

Kết luận – Làm sao để hệ xử lý đạt chuẩn?

Yếu tố cần đảm bảo Ghi chú
Thiết kế đúng tải lượng thực tế Dựa vào khảo sát mẫu phân tích
Tích hợp vùng oxic – anoxic Để xử lý đồng thời NH₄⁺ và NO₃⁻
Quản lý DO, pH, nhiệt độ Duy trì điều kiện tối ưu cho vi sinh
Bổ sung carbon nếu cần thiết Đảm bảo hiệu quả denitrification
Đào tạo người vận hành Hiểu quy trình sinh học, không chỉ “chạy máy”