[Bật mí] Top 5 phương pháp xử lý amoni trong nước thải 2023

Amoni chắc hẳn không còn xa lạ với chúng ta trong cuộc sống thường nhật. Bởi khả năng độc hại cũng như mùi hôi của nó, việc loại bỏ amoni là rất cần thiết. Hãy cùng điểm qua 5 phương pháp xử lý amoni trong nước thải phổ biến nhất năm 2023.

Tổng quan về chất Amoni

Amoni là gì?

Amoni (NH₃) là một phân tử đơn giản, được tạo thành từ một nguyên tử nitơ và ba nguyên tử hydro. Amoni thường được tạo ra trong quá trình quá trình tổng hợp Haber, một phản ứng hóa học quan trọng để sản xuất amoni từ nitơ và hydro theo công thức: 

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Amoni thường được sử dụng làm một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm trong nước thải. Bạn có thể thấy nitơ có trong nước thải thường tồn tại dưới dạng nitơ vô cơ, và khoảng 90 đến 97% tổng lượng nitơ này là dưới dạng amoni.

Amoni là hóa chất có công thức NH₃

Các đặc tính của Amoni 

Amoni thường có các đặc tính chủ yếu sau: 

• Mùi đặc trưng: Amoni có mùi khá đặc trưng, mạnh mẽ, và không dễ chịu. Đây là lý do tại sao các chất làm sạch thông thường thường chứa amoni, chẳng hạn như amoniac, để làm sạch bề mặt.
• Tan trong nước: Amoni tan tốt trong nước, tạo ra dung dịch amoniac. Dung dịch này có thể được sử dụng để làm phân bón, trong sản xuất dược phẩm và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
• Thu hút nước: Amoni có khả năng hút nước từ môi trường xung quanh. Điều này làm cho nó được sử dụng trong các loại chất hút ẩm hoặc làm chất khử mùi trong nhiều sản phẩm hàng ngày.

Amoni có nguồn gốc từ đâu trong nước thải?

Trong nước thải sinh hoạt, amoni chủ yếu được tạo ra từ quá trình phân hủy sinh học của chất thải hữu cơ. Chất thải hữu cơ trong nước thải bao gồm phân người, phân động vật, thức ăn thừa, và các chất thải khác từ sinh hoạt. Quá trình phân hủy sinh học của chất thải hữu cơ sẽ tạo ra các chất khí, trong đó có amoni.

Trong nước thải nông nghiệp, amoni chủ yếu được tạo ra từ các chất thải hữu cơ từ chăn nuôi và trồng trọt. Các chất thải hữu cơ này sẽ được phân hủy bởi vi sinh vật, tạo ra amoni.

Amoni được tạo ra từ quá trình phân hủy

Vì sao cần loại bỏ Amoni ra khỏi nước thải?

Amoni là một chất dinh dưỡng quan trọng cho thực vật, nhưng nó cũng có thể là một chất ô nhiễm môi trường. Amoni có thể gây ra một số tác hại đối với môi trường và sức khỏe con người, bao gồm:

• Ô nhiễm nguồn nước: Amoni có thể làm ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước uống và sinh hoạt. Nước thải có nồng độ amoni cao có thể làm giảm chất lượng nước, khiến nước có mùi hôi và khó uống. Amoni cũng có thể là nguồn thức ăn cho các vi khuẩn gây bệnh, chẳng hạn như vi khuẩn E. coli.
• Gây hại cho con người: Amoni có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe, chẳng hạn như kích ứng da, mắt và đường hô hấp. Tiếp xúc với amoni với nồng độ cao có thể gây ra các triệu chứng nghiêm trọng hơn, chẳng hạn như khó thở, buồn nôn và nôn mửa.
• Ảnh hưởng đến động vật: Amoni có thể gây hại cho động vật, chẳng hạn như làm giảm khả năng sinh sản và gây ra các vấn đề về sức khỏe.

Vì vậy, chúng ta phải xử lý amoni trong nước thải để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Amoni có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Các cách xử lý amoni trong nước thải hàng đầu

Hiện tại, có rất nhiều phương pháp để xử lý amoni trong nước thải. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả cao nhất, chúng tôi khuyên bạn tham khảo 5 cách dưới đây.

Quá trình Nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa là một trong những bước quan trọng trong chu trình Nitơ trong tự nhiên, trong đó amoni được chuyển đổi thành nitrat thông qua một loạt các phản ứng hóa học.

Quá trình nitrat hóa bao gồm hai giai đoạn chính:

• Nitrit hóa: Đầu tiên, amoni (NH₃) được chuyển đổi thành nitrit (NO₂^-) thông qua vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrosococcus. Đây là giai đoạn oxy hóa amoni thành nitrit.

2 NH₃+ 3 O₂ → 2 NO₂^- + 2 H₂O

• Nitrat hóa: Tiếp theo, nitrit được oxy hóa tiếp thành nitrat (NO₃-) bởi vi khuẩn Nitrobacter và Nitrospira. Điều này hoàn tất chu trình nitơ, biến đổi amoni thành nitrat.

2 NO₂^- + O₂ → 2 NO₃^-

Quá trình nitrat hóa không chỉ xảy ra tự nhiên trong môi trường mô địa mà còn được tận dụng trong các hệ thống xử lý nước thải nhằm giảm bớt nồng độ amoni và nitrit, giúp làm sạch nước hiệu quả trước khi nước được thải ra môi trường.

Quy trình nitrat hóa 

Quá trình Anammox

Quá trình Anammox diễn ra thông qua sự kết hợp của hai loại vi khuẩn chính, thường là Candidatus Kuenenia và Candidatus Brocadia. Quá trình này không đòi hỏi oxi. Thay vào đó, nó cung cấp cơ chế cho vi khuẩn sử dụng nitrit để oxy hóa và loại bỏ amoni từ nước thải.

Quy trình Anammox diễn ra như sau: 

• Sử dụng vi sinh vật hiếu khí oxy hóa amoni thành nitrit.

NH₄⁺ + 1,5O₂ → NO₂^- + 2H⁺ + H₂O

• Dùng Vi sinh vật hiếu khí oxy hóa nitrit thành nitrat.

NO₂^- + O₂ → NO₃^-

Phương pháp loại xử lý amoni trong nước thải này diễn ra theo cơ chế oxy hóa khử. Trong quá trình oxy hóa, vi sinh vật sử dụng oxy để oxy hóa amoni và nitrit thành các dạng nitơ cao hơn. Quá trình này giải phóng năng lượng, được vi sinh vật sử dụng để sinh trưởng và phát triển.

Quá trình xử lý amoni khỏi nước thải sinh hoạt 

Phương pháp thẩm thấu ngược

Thẩm thấu ngược là một quá trình ngược lại của thẩm thấu tự nhiên. Trong quá trình thẩm thấu tự nhiên, nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao. Trong phương pháp thẩm thấu ngược, nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp bằng cách sử dụng áp lực.

Màng bán thấm là một màng mỏng có các lỗ lọc có kích cỡ cực nhỏ, chỉ cho phép nước đi qua. Các chất gây ô nhiễm và các phần tử lớn khác sẽ bị giữ lại trên màng.

Quy trình thẩm thấu ngược bao gồm các bước sau:

1. Nước thải được bơm vào hệ thống thẩm thấu ngược.
2. Nước thải được lọc qua màng bán thấm.
3. Nước sạch được tách ra khỏi nước thải.
4. Nước thải được thải ra môi trường.

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xử lý nước để xử lý amoni trong nước thải. Tuy nhiên, việc áp dụng cụ thể cần xem xét các yếu tố như áp suất, màng lọc, và quy trình xử lý nước thải cụ thể.

Xử lý amoni trong nước thải bằng phương pháp RO

Phương pháp điện phân

Trong phương pháp điện phân, nước thải được đưa vào bể điện phân, nơi có hai điện cực. Amoni sẽ bị oxy hóa thành nitrit và nitrat ở điện cực dương. Nitrit và nitrat sau đó sẽ bị khử thành khí nitơ ở điện cực âm.

Quy trình điện phân để xử lý amoni khỏi nước thải bao gồm các bước sau:

• Nước thải được bơm vào bể điện phân.
• Nước thải được phân tách thành hai dòng, một dòng chảy qua điện cực dương và một dòng chảy qua điện cực âm.
• Amoni trong dòng chảy qua điện cực dương sẽ bị oxy hóa thành nitrit và nitrat.

NH₄⁺ + 1,5O₂ → NO₂^- + 2H⁺ + H₂O (Oxy hóa amoni thành nitrit)

NO₂^- + 0,5O₂ + 2H⁺ → NO₃^- + H₂O (Khử nitrit thành nitrat)

• Nitrit và nitrat trong dòng chảy qua điện cực âm sẽ bị khử thành khí nitơ

NO₃^- + 4H⁺ + 4e^- → N₂ + 3H₂O (Khử nitrat thành khí nitơ)

• Nước thải sau khi xử lý được thải ra môi trường.

Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion là một trong những kỹ thuật sử dụng hóa học để loại bỏ amoni. Ion amoni (NH4+) được loại bỏ thông qua việc trao đổi với các ion được liên kết với chất hấp phụ. Các chất này thường là zeolite hoặc các loại hạt nhựa chứa nhóm chức năng trao đổi ion.

Quá trình trao đổi ion diễn ra khi ion amoni thay thế các ion khác (natri, calcium, hoặc hydro). Amoni sẽ bị hấp thụ bởi chất hấp phụ và được loại bỏ khỏi nước.

Quy trình trao đổi ion để xử lý amoni trong nước thải gồm các bước sau:

• Nước thải được bơm vào cột trao đổi ion.
• Nước thải chảy qua cột, các ion amoni trong nước thải sẽ trao đổi với các ion Na+ trên bề mặt của chất trao đổi ion.
• Nước thải sạch sẽ chảy ra khỏi cột.
• Chất trao đổi ion được phục hồi bằng cách rửa bằng dung dịch có chứa ion Na+.
• Nước thải sau khi xử lý được thải ra môi trường.

Quá trình trao đổi ion

Điểm yếu/mạnh của các phương pháp trên là gì? 

Mỗi phương pháp xử lý amoni trong nước thải đều có những đặc điểm riêng. Hãy cùng phân tích qua các ưu điểm cũng như nhược điểm của chúng dưới đây.

Kết luận 

Trên đây là top 5 cách xử lý amoni trong nước thải hàng đầu năm 2023. Amoni là một chất sẽ gây hại không chỉ đến môi trường mà còn đến sức khỏe con người và động vật. Vì thế, việc loại bỏ nó ra khỏi nước thải là điều rất quan trọng để đảm bảo vệ sinh cho môi trường.