Cách xử lý nước nhiễm amoni

Quá trình xử lý nước thông thường như keo tụ, tạo bông, lắng và lọc chỉ tác động nhỏ vào giảm hàm lượng amoni trong nước. Một số cách loại bỏ amoni gồm: Xử lý sinh học, dùng clo tạo điểm dừng, trao đổi ion, màng lọc, làm thoáng. Việc lựa chọn cách xử lý cho từng nguồn nước cụ thế phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc tính nguồn nước thô, nguồn và nồng độ amoni, các điều kiện hoạt động của phương pháp điều trị cụ thể như chi phí, thời gian và mục tiêu xử lý.

• Xử lý sinh học ( Nitrat hóa có kiểm soát)

Quá trình xử lý sinh học dựa trên khả năng của vi sinh vật ( không phải vi khuẩn gây bệnh) để xúc tác quá trình oxy hóa sinh hóa, giảm chất gây ô nhiễm trong nước. Quá trình nitrat hóa được coi là cách oxy hóa amoni trong xử lý sinh học.

Vi khuẩn oxy hóa amoni và vi khuẩn oxy hóa nitrit là những sinh vật phát triển chậm, nên cần có bộ lọc hoạt tính sinh học trước khi đạt được hiệu quả loại bỏ amoni. Trước khi đạt đến mục đích loại bỏ amoni, sự oxy hóa amoni hình thành nitrit ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước, nên cần tiến hành xử lý nitrit hoàn toàn. Điều này có thể đạt được bằng cách liên tục cho nước chảy qua các bộ lọc nhằm thúc đẩy sự tái phát triển của vi khuẩn. Để nitrat hóa hoàn toàn cần đảm bảo cân bằng hóa học oxy ở mức 4,33 mg O₂/mg NH₄⁺. Khi nồng độ amoni vượt quá nhu cầu oxy, quá trình xử lý sinh học yêu cầu bổ sung oxy liên tục. Quá trình có thể làm tăng nồng độ nitrat và có thể khiến vi khuẩn xâm nhập vào nước, nên sau quá trình này cần tiến hành khử trùng để đảm bảo không còn vi khuẩn có hại có trong nước hay hệ thống phân phối.

Yếu tố quan trọng đảm bảo hiệu suất tối ưu hóa cho xử lý sinh học bao gồm

+ Nồng độ oxy hòa tan cao

+ Nhiệt độ tối ưu cho sinh khối

+ Diện tích bề mặt lớn để sinh khối nitrat chậm phát triển

+ Tốc độ dòng nước thích hợp

+ Thời gian lưu giữ chất rắn dài

• Clo hóa nước đến điểm dừng:

Điểm dừng clo có thể loại bỏ amoni trong nước thông qua sự hình thành của clo tự do còn lại. Điểm dừng clo là quá trình mà trong đó đảm bảo đủ yêu cầu lượng clo, để các hợp chất clo kết hợp bị phá hủy, amoni được oxy hóa để tạo thành khí nitơ và clo tự do còn lại đạt được mức yêu cầu khi bổ sung thêm clo.

Quá trình này đòi hỏi phải thường xuyên kiểm tra nồng độ amoni và các hình thức khác nhau của clo ( clo kết hợp, clo tổng, clo tự do) để đảm bảo điểm dừng clo được thực hiện.

Khi cho clo vào nước xảy ra phản ứng tạo thành axit hypoclorit, axit hypoclorit kết hợp với NH₄⁺ tạo thành cloramin. Khi nhiệt độ >20⁰C, PH>7 diễn ra phản ứng sau:

OH^– + NH₄ →NH₄OH ↔NH₃ + H₂O

NH₃ + HOCl →NH₂Cl + H₂O + H₂O           monocloramin

NH₂Cl + HOCl → NHCl₂ + H₂O                 dicloramin

NHCl₂ + HOCl →NCl₃ + H₂O                     tricloramin

Khi cho clo vào nước với liều lượng 2,6 mg clo cho 1 mg NH₄⁺, quá trình chuyển hóa NH₄⁺ và clo tự do thành cloramin sau 30 phút. Khi cho tiếp clo với liều lượng 10 mg clo cho 1 mg NH₄⁺ axit hypoclorit sẽ oxy hóa tiếp cloramin. Tại điểm oxy hóa hết cloramin, trong nước xuất hiện clo tự do gọi là điểm dừng

• Trao đổi ion:

Trao đổi ion là quá trình hóa lý sử dụng việc trao đổi ion ( cation hoặc anion) trong nước để loại bỏ các cation hoặc anion trong nước đáp ứng yêu cầu của quá trình xử lý nước.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ amoni:

+ Độ PH

+ Tiền xử lý

+ Loại hạt

+ Nồng độ amoni trong nước cấp

+ Cation cạnh tranh với amoni như canxi, magie, kali

Loại hạt được sử dụng là hạt cation .

Để khử NH₄⁺ phải đảm bảo PH của nước nguồn trong khoảng từ 4 -8. Vì nếu PH<4 hạt cation sẽ giữ lại cả ion H⁺ làm giảm hiệu quả khử amoni

Khi PH>8 một phần ion NH₄⁺ chuyển thành NH₃ dạng khí hòa tan, khí này hạt cation không loại bỏ được

• Màng lọc:

Màng lọc thẩm thấu ngược RO có thể được sử dụng để loại bỏ amoni. Khi sử dụng màng RO yêu cầu phải xử lý nước thô trước như lọc, làm mềm, khử clo. Nước sau khi qua màng RO cần được điều chỉnh PH, bổ sung chất ức chế ăn mòn và khử trùng

• Kết hợp giữa màng lọc thẩm thấu ngược RO và xử lý sinh học
• Làm thoáng:

Tháp làm thoáng khử khí amoni được thiết kế để khử amoni ở nồng độ 20 -40mg/l, sau khi làm thoáng hàm lượng amoni còn 1 -2mg/l.

Hiệu quả khử khí amoni của tháp làm thoáng khi PH≥ 11 phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của nước. Khi nhiệt độ của nước tăng, tốc độ và số lượng ion NH₄⁺ chuyển hóa thành NH₃ tăng nhanh.

Khi tăng nhiệt độ hệ số bốc hơi của khí tăng nhanh, độ nhớt của nước giảm, sức căng bề mặt của các giọt nước và màng nước trong tháp làm thoáng giảm khí làm tăng nhanh hiệu quả khử khí

• Các công nghệ khử amoni mới

+ Bể lọc sinh học: Bể lọc sinh học đồng thời loại bỏ amoni, sắt, mangan, nồng độ amoni trong nước cấp khoảng 0,5 – 3mg/l có thể được giảm đến 82% trong một số điều kiện hoạt động

+ Khử ion bằng điện: Quá trình này sử dụng một hấp phụ của các ion trên bề mặt của hai điện cực tích điện trái dấu, quá trình loại bỏ amoni lên đến 88,1% ở nồng độ 1000mg/l

+ Màng phản ứng sinh học: Màng phản ứng sinh học được áp dụng chủ yếu trong xử lý nước thải nhưng gần đây đã được coi là công nghệ mới trong xử lý nước cấp. Hiệu quả xử lý đạt được trong khoảng 89 -98%.