Xử lý Amoni (NH4+) không dùng hóa chất

Theo dõi MTĐT trên

Các phản ứng trên dựa hoàn toàn vào các nguyên lý: sinh học, cơ học và hoạt hoá. Nguyên lý làm việc dựa vào các cơ chế họat động đồng thời và ảnh hưởng lẫn nhau. Không có sự can thiệp của bất kì hoá chất nào. Công nghệ này sử dụng vật liệu lọc là cát thạch anh tự nhiên, áp dụng phương pháp thoáng khí cưỡng bức. Với sơ đồ công nghệ xử lý như sau:

Tóm tắt

Sau khi nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi công nghệ “Xử lý sắt, mangan và nâng pH không dùng hóa chất”(http:/tapchicapthoatnuoc.vn/27/1371.html).Công ty CP TV-TK-XD Hoàn Mỹ Việt Nam (viết tắt là PERNAM) tiếp tục cùng các chuyên gia đến từ Hà Lan tiến hành nghiên cứu, thử nghiệm và đưa vào hoạt động thành công công nghệ "Xử lý amoni (NH₄⁺) không cần dùng hóa chất". Công nghệ này mang tính đột phá về công nghệ xử lý amoni (NH₄⁺) trong nước ngầm hiện nay. Dây chuyền xử lý này cơ bản dựa vào các nguyên lý: sinh học, cơ học và hoạt hóa của nước và không khí bằng lọc khô và châm khí cưỡng bức. Trên thực tế, hiện nay công nghệ xử lý đã được ứng dụng thành công tại Xí nghiệp cấp nước Vĩnh Châu, Cty TNHH MTV Cấp Nước Sóc Trăng. Tiếp đến sẽ tiếp tục ứng dụng tại xí nghiệp cấp nước Hải Ngư, tỉnh Sóc Trăng.

Công nghệ xử lý

Để xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp sinh học, Pernam dựa vào quá trình sinh học nitrat hóa truyền thống, quá trình nitrat hóa lần lượt bao gồm 2 bước nitrat hóa ammonium và nitrat hóa nitrite. Trong quá trình, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng chủ chốt, nhờ vào 2 chủng vi khuẩn tự dưỡng: Vi khuẩn nitrosomonas và nitrobacter. Hiểu rõ về vấn đề này cho nên công nghệ xử lý mà Pernam đưa ra là lọc nhanh khô và châm khí cưỡng bức tạo môi trường cho vi sinh vật thích nghi và phát triển. Đối với lọc nhanh khô, nước cùng với không khí chảy qua tầng vật liệu lọc.

Điều này có ưu điểm là nhiều oxy được hòa tan trong nước, vì quá trình nitrat hóa cần nhiều oxy. Hơn nữa khi môi trường tiếp xúc đủ rộng, thoáng, thời gian tiếp xúc đủ dài, ranh giới bề mặt nước và không khí được làm mới liên tục sẽ duy trì đủ lượng oxy cần thiết cho quá trình. Khi làm đúng các điều kiện trên thì quá trình diễn ra như sau:

4Fe²⁺ + O₂ + 18H₂O  -> 4Fe(OH)₃↓ + 8H₃O⁺

2Mn²⁺ + O₂ + 6H₂O  -> 2MnO₂↓ + 4H₃O⁺

CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O

NH­­­­­₄⁺ + 1,5O₂ --> NO₂^- + 2H⁺ + H₂O

NO­­­­­₂^-  + 0,5O₂ --> NO₃^-

Vi sinh vật sinh trưởng và duy trì bởi năng lượng nhận được từ các phản ứng trên. Theo các phản ứng trên thì quá trình nitrat hóa cần nhiều oxy hơn việc tách sắt và tách mangan. Lượng oxy cần để khử Fe, Mn, NH₄ và CH₄ được minh họa trong bảng 1. Việc tách sắt, tách mangan và nitrát hóa làm cho phản ứng cân bằng giữa canxi cacbonat va cacbon dioxit dịch chuyển, làm cho nước có tính axít cao hơn.

Bảng 1. Tiêu thụ oxy khi oxy hóa các chất khác nhau

Các phản ứng trên dựa hoàn toàn vào các nguyên lý: sinh học, cơ học và hoạt hoá. Nguyên lý làm việc dựa vào các cơ chế họat động đồng thời và ảnh hưởng lẫn nhau. Không có sự can thiệp của bất kì hoá chất nào. Công nghệ này sử dụng vật liệu lọc là cát thạch anh tự nhiên, áp dụng phương pháp thoáng khí cưỡng bức. Với sơ đồ công nghệ xử lý như sau:

Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý amoni không dùng hóa chất theo công nghệ Hà Lan.

Công nghệ xử lý của dây chuyền sẽ trải qua 2 bước:

• Bước 1: Bao gồm cả phản ứng hóa học và sinh học, giải phóng các khí như H₂S, CO₂, …và chuyển Fe²⁺ thành Fe³⁺, Mn²⁺ chuyển thành Manganđioxit và khử phần lớn NH₄⁺, toàn bộ được giữ lại hoàn toàn tại lớp cát lọc.
• Bước 2: Chủ yếu là phản ứng sinh học, loại bỏ hoàn toàn NH₄⁺ còn lại sau xử lý bước 1.

Với việc áp dụng vào thực tiễn thì dây chuyền công nghệ “xử lý amoni (NH₄⁺) không dùng hóa chất” tại xí nghiệp cấp nước Vĩnh Châu là minh chứng.

Hình 2: Hệ thống xử lý amoni (NH4+) không dùng hóa chấttại xí nghiệp cấp nước Vĩnh Châu.

Do hoạt động sản xuất nông nghiệp cũng như ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nồng độ amoni trong nước ngầm trên địa bàn huyện Vĩnh Châu tăng cao trong những năm gần đây (lên tới 12 mg/l gấp 4 lần chuẩn cho phép). Việc loại bỏ amoni trong nước thì công nghệ cũ không thể đáp ứng được. Trước tình hình đó công ty TNHH MTV cấp nước Sóc Trăng đã hợp tác với Công ty CP TV-TK-XD Hoàn Mỹ Việt Nam (viết tắt là PERNAM) đưa công nghệ xanh "Xử lý amoni (NH₄⁺) không cần dùng hóa chất" vào ứng dụng tại xí nghiệp cấp nước Vĩnh Châu, thị xã Vĩnh Châu, tỉnh Sóc trăng. Hệ thống được đưa vào vận hành từ tháng 05 năm 2017, hệ thống xử lý gồm 02 bước với công suất 100 m³/h, chất lượng nước sau xử lý đạt QC 01/2009 BYT (bảng 2).

Bảng 2: Kiểm nghiệm chất lượng nước sau khi qua 02 bước xử lý đạt QCVN 01:2009/BYT

Nhận xét:  Theo kết quả trong bảng 2 thì hàm lượng sắt tổng, mangan 

trong nước giếng vẫn còn nên việc loại bỏ để tránh ảnh hưởng hết hiệu quả của vi sinh là rất cần thiết. Hàm lượng Amoni (12.23 mg/l) khá cao vượt tiêu chuẩn hơn 4 lần. Sau khi qua

bước 01 thì hàm lượng sắt tổng, mangan trong nước sau xử lý không còn. Trong khi đó hàm lượng Amoni giảm hơn 50%.

Nước sau xử lý bước 02 tất cả các chỉ tiêu đều đạt QC 01/2009 BYT. Hàm lượng amoni còn lại hầu như rất ít (0.645 mg/l), chỉ tiêu pH đạt 7.1 nằm trong ngưỡng an toàn (6.5÷8.5).

Kết luận

Qua ứng dụng thực tế, dây chuyền xử lý đã khẳng định được ưu điểm nổi trội của mình. Dây chuyền xử lý nói trên không những không dùng hóa chất mà vẫn có thể xử lý amoni (NH₄⁺) rất hiệu quả. Chất lượng nước sau xử lý ổn định và đạt theo yêu cầu QC 01/2009 BYT. Việc vận hành không quá phức tạp, không đòi hỏi trình độ chuyên môn cao, chi phí quản lý vận hành thấp, tiết kiệm chi phí nguyên nhiên vật liệu trong sản xuất. Đặc biệt ít bảo trì, bảo dưỡng mà chi phí đầu tư thấp.

Đặng Văn Ngọ - Ong Hải Phước

Công ty TNHH MTV Cấp Nước Sóc Trăng (SOCTRANGWACO)

Ngô Xuân Trường - Trương Minh Hiền - Dương Văn Bản 

Công ty CP Tư vấn - Thiết kế - Xây dựng Hoàn Mỹ Việt Nam (PERNAM)