Các công nghệ xử lý amoni trong nước thải hiện nay

Amoni (NH4+) là một chất gây ô nhiễm phổ biến trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Nếu không được xử lý đúng cách, amoni có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường và sức khỏe con người. Amoni trong nước thải có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa trong các nguồn nước tự nhiên, làm giảm oxy hòa tan và gây hại cho đời sống thủy sinh. Để giải quyết vấn đề này, nhiều công nghệ xử lý amoni đã được phát triển và ứng dụng.

   1. Quá trình nitrat hóa và khử nitrat

   Quá trình nitrat hóa là quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat (NO3-) thông qua hoạt động của các vi khuẩn nitrat hóa. Quá trình này diễn ra trong hai giai đoạn chính:

• Giai đoạn nitrit hóa: Vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa amoni thành nitrit (NO2-). NH4++1.5 O2→NO2-+2 H++H2O\ $\text{NH4+}+1.5\text{O2}\to \text{NO2-}+2\text{H+}+\text{H2O}$
• Giai đoạn nitrat hóa: Vi khuẩn Nitrobacter tiếp tục oxy hóa nitrit thành nitrat. NO2-+0.5 O2→NO3- + 0.5 \,{O2} 

   Quá trình khử nitrat là quá trình tiếp theo, trong đó nitrat được chuyển hóa thành khí nitơ (N2) và thoát ra khỏi hệ thống. Quá trình này diễn ra trong điều kiện kỵ khí (thiếu oxy) và do các vi khuẩn khử nitrat thực hiện. $\text{NO3-}\to \text{NO2-}\to \text{NO}\to \text{N2O}\to \text{N2}$

   2. Quá trình Anammox

   Anammox (anaerobic ammonium oxidation) là một công nghệ mới và hiệu quả cao trong việc xử lý amoni. Quá trình Anammox sử dụng vi khuẩn Anammox để oxy hóa amoni trực tiếp thành khí nitơ trong điều kiện kỵ khí mà không cần thông qua giai đoạn nitrat hóa.

   Quá trình này có nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống, bao gồm:

• Tiết kiệm năng lượng: Không cần cung cấp oxy như trong quá trình nitrat hóa.
• Giảm lượng bùn sinh học: Sản lượng bùn sinh học thấp hơn so với các quá trình xử lý khác.
• Hiệu quả cao: Hiệu suất loại bỏ amoni và nitrit cao.

   3. Sử dụng thực vật thủy sinh

   Công nghệ sử dụng thực vật thủy sinh là một phương pháp sinh học tự nhiên để xử lý amoni trong nước thải. Các loại thực vật như bèo lục bình, cây sậy, và cỏ vetiver có khả năng hấp thụ và chuyển hóa amoni. Các hệ thống này thường được thiết kế dưới dạng bãi lọc ngầm hoặc bãi lọc nổi, nơi nước thải được dẫn qua vùng rễ của thực vật.

• Bãi lọc ngầm: Nước thải chảy qua lớp đất hoặc sỏi dưới bề mặt, nơi rễ cây hấp thụ amoni.
• Bãi lọc nổi: Nước thải chảy qua các bè thực vật nổi, nơi rễ cây tiếp xúc trực tiếp với nước.

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí thấp, dễ triển khai và duy trì, đồng thời tạo ra cảnh quan xanh mát.

   4. Quá trình trao đổi ion

   Quá trình trao đổi ion sử dụng các hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ amoni khỏi nước thải. Các hạt nhựa này có khả năng trao đổi các ion amoni với các ion khác (như natri hoặc kali) trên bề mặt của chúng. Khi nước thải chảy qua lớp nhựa, amoni bị giữ lại và thay thế bằng các ion khác.

   Quá trình trao đổi ion có thể tái sinh bằng cách sử dụng dung dịch muối, giúp hạt nhựa khôi phục khả năng trao đổi ion của chúng. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc loại bỏ amoni với nồng độ thấp đến trung bình, nhưng chi phí vận hành và bảo dưỡng có thể cao.

   5. Quá trình hấp phụ

   Quá trình hấp phụ sử dụng các vật liệu hấp phụ như than hoạt tính, zeolit hoặc biochar để loại bỏ amoni khỏi nước thải. Các vật liệu này có bề mặt lớn và cấu trúc xốp, giúp hấp phụ amoni hiệu quả.

• Than hoạt tính: Có bề mặt xốp và khả năng hấp phụ cao, được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước.
• Zeolit: Là loại khoáng vật có cấu trúc xốp tự nhiên, có khả năng trao đổi ion và hấp phụ amoni.
• Biochar: Là sản phẩm từ quá trình nhiệt phân sinh khối, có cấu trúc xốp và khả năng hấp phụ tốt.

   Quá trình hấp phụ có thể tái sinh bằng cách sử dụng nhiệt hoặc hóa chất để khôi phục khả năng hấp phụ của vật liệu.

   Kết luận

   Xử lý amoni trong nước thải là một khía cạnh quan trọng của công nghệ xử lý nước nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Các phương pháp xử lý amoni như nitrat hóa và khử nitrat, Anammox, sử dụng thực vật thủy sinh, trao đổi ion và hấp phụ đều có những ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của nguồn nước thải, chi phí vận hành và yêu cầu về hiệu suất xử lý. Với sự phát triển của công nghệ và nhận thức về bảo vệ môi trường, các phương pháp xử lý amoni ngày càng trở nên hiệu quả và bền vững hơn.