Khử nito trong nước thải Làm sạch nitrogen để bảo vệ môi trường

Nito là một trong những chất dinh dưỡng quan trọng nhưng nếu tồn tại quá mức trong nước thải sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng, thúc đẩy tình trạng phú dưỡng, thiếu oxy và gây chết sinh vật thủy sinh. Việc khử nito trong nước thải giúp giảm các hợp chất nitrogen gây hại như amoni, nitrit và nitrat trước khi xả ra môi trường tự nhiên. Bài viết này từ Môi Trường Hồng Thái sẽ giải thích tường tận nitrogen trong nước thải, nguyên lý xử lý và các công nghệ phổ biến để bạn lựa chọn đúng giải pháp cho hệ thống xử lý của mình.

Nitơ trong nước thải và vì sao phải khử

Trong nước thải, nitrogen tồn tại dưới nhiều dạng: nitơ hữu cơ, amoni, nitrit và nitrat. Những chất này đến từ các nguồn như nước tiểu, nước rửa đồ bếp, phân và các hợp chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Nồng độ nitrogen cao làm tăng chất dinh dưỡng trong nước, kích thích tảo và thực vật phù du phát triển quá mức dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, giảm oxy hòa tan và ảnh hưởng nghiêm trọng tới hệ sinh thái thủy vực.

Vì vậy khử nito trong nước thải là bước quan trọng để đạt tiêu chuẩn xả thải và bảo vệ nguồn nước, trước khi đưa nước ra sông hồ hay tái sử dụng.

Các phương pháp chính để khử nito trong nước thải

Những phương pháp xử lý nitrogen chia thành nhiều loại: sinh học, hóa lý và hóa học. Mỗi giải pháp phù hợp cho từng tình huống và loại nước thải khác nhau.

1. Phương pháp sinh học Khử nitrogen

Xử lý sinh học là phương pháp phổ biến nhất do hiệu quả cao và phù hợp cho nhiều hệ thống xử lý nước thải. Phương pháp này dựa trên vi sinh vật thực hiện quá trình chuyển hóa nitrogen qua các giai đoạn:

Nitrat hóa (Nitrification)

Đây là quá trình oxy hóa amoni NH4+ thành nitrit rồi thành nitrat, nhờ vi khuẩn aerobic như Nitrosomonas và Nitrobacter. Trong bể hiếu khí, oxy hòa tan được cung cấp để hỗ trợ vi sinh này hoạt động.

Khử nitrat (Denitrification)

Sau khi nitrat hình thành, vi sinh thiếu khí trong bể anoxic có thể chuyển nitrat thành khí nitơ N2, loại bỏ nitrogen khỏi nước dưới dạng khí thoát vào không khí. Đây là bước then chốt giúp giảm tổng lượng nitrogen trong nước thải.

Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation)

Đây là công nghệ mới trong xử lý nitrogen, nơi vi khuẩn anammox trực tiếp chuyển ammonium và nitrit thành khí nitơ trong môi trường yếm khí mà không cần carbon hữu cơ. Quá trình này tiết kiệm oxy và năng lượng, hiệu quả cao trong xử lý nước thải chứa amoni cao.

Các quy trình nitrat hóa – denitrat hóa được ứng dụng phổ biến trong bể thiếu khí và hiếu khí của hệ thống xử lý sinh học để đạt hiệu suất loại bỏ nitrogen cao và ổn định.

2. Phương pháp hóa lý và hóa học

Ngoài xử lý sinh học, một số phương pháp hóa lý hoặc hóa học cũng được sử dụng tùy tính chất nước thải:

Tripping (Air Stripping)

Phương pháp này nâng pH cao lên để chuyển amoni thành khí NH3 sau đó thổi khí giúp volatilization ammonia ra khỏi nước. pH thường duy trì khoảng 11 – 11.5 để đạt hiệu quả tối ưu.

Trao đổi ion

Kỹ thuật này sử dụng hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ ammonium và nitrate khỏi dòng nước. Phương pháp này hiệu quả nhưng thường tốn chi phí đầu tư và vận hành cao.

Kết tủa hóa học và phương pháp điện hóa

Một số công nghệ sử dụng hóa chất để oxy hóa amoni hoặc kết tủa amoni thành hợp chất ít tan hoặc sử dụng điện hóa để tạo ra phản ứng loại bỏ nitrogen. Hiệu quả có thể lên đến 80–90% nếu thiết kế đúng nhưng đòi hỏi điều kiện vận hành phức tạp.

Các quá trình tiên tiến khác

Phương pháp như AOP (advanced oxidation process) hay màng lọc cũng có thể hỗ trợ giảm nitrogen nhưng thường được dùng kết hợp trong các hệ thống đa giai đoạn.

Ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp

Ưu điểm

• Xử lý sinh học tiết kiệm năng lượng và hóa chất, phù hợp cho xử lý lớn, giảm tổng nitrogen hiệu quả.
• Công nghệ anammox giảm được yêu cầu carbon và oxy, giúp tiết kiệm chi phí vận hành.
• Phương pháp hóa lý có thể xử lý nhanh trong các trường hợp amoni cao mà sinh học khó đáp ứng.

Nhược điểm

• Xử lý sinh học phụ thuộc rất cao vào điều kiện môi trường (pH, nhiệt độ, oxy) và thời gian lưu nước.
• Một số phương pháp hóa lý/tách amoni có chi phí vận hành và yêu cầu thiết bị cao.
• Không có phương pháp đơn lẻ nào hiệu quả cho mọi loại nước thải; cần kết hợp nhiều quá trình để đạt tiêu chuẩn xả thải.

Vai trò của việc khử nitrogen trước khi xả thải

Nếu không khử nitrogen đến mức cho phép, nước thải khi xả ra môi trường sẽ:

• Gây phú dưỡng ở sông hồ, thúc đẩy tảo phát triển và làm giảm oxy hòa tan trong nước.
• Ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh vật thủy sinh do tăng amoni, nitrit độc hại.
• Không đáp ứng tiêu chuẩn nước thải theo QCVN và bị xử phạt hành chính.

Do vậy, kiểm soát và xử lý nitrogen là bước bắt buộc trong hệ thống xử lý nước thải đô thị và công nghiệp để bảo vệ nguồn nước tự nhiên và tuân thủ pháp luật.

Ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải

Xử lý nước thải đô thị

Trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nitrogen được loại bỏ bằng các bể anoxic – aerobic liên tiếp để thực hiện nitrat hóa và denitrat hóa, giúp đạt chỉ tiêu tổng nitrogen theo tiêu chuẩn xả thải.

Xử lý nước thải công nghiệp

Một số ngành như chăn nuôi, thực phẩm, dệt nhuộm có amoni cao cần xử lý mạnh nitrogen trước khi đưa vào xử lý sinh học hoặc sau bể điều hòa. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp giúp tối ưu hiệu quả và chi phí vận hành.

Công nghệ tiên tiến

Các công nghệ như anammox, SHARON, PNA đang được nghiên cứu và ứng dụng trong các nhà máy lớn bởi hiệu quả loại bỏ nitrogen cao và tiết kiệm năng lượng.

Khử nito trong nước thải là quá trình thiết yếu để loại bỏ nitrogen tồn tại dưới dạng amoni, nitrit và nitrat trước khi xả ra môi trường. Các phương pháp xử lý bao gồm sinh học, hóa lý và hóa học với ưu nhược điểm khác nhau, thường kết hợp nhiều công nghệ để đạt hiệu quả cao nhất. Việc thiết kế hệ thống xử lý phù hợp giúp bảo vệ môi trường, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải và tối ưu chi phí vận hành. Nếu bạn cần tư vấn triển khai hệ thống xử lý nitrogen hiệu quả cho dự án, liên hệ ngay với Môi Trường Hồng Thái để được hỗ trợ kỹ thuật và giải pháp tối ưu.

Xem thêm chi tiết

Giải thích ngắn gọn giảm phát thải là gì
Ứng dụng công nghệ nano trong xử lý nước thải
Doanh nghiệp cần biết iso 14001 là gì
Giải thích khái niệm môi trường bền vững là gì