xử lý nitra, amoni trong nước

ĐỀ TÀI : XỬ LÝ NITRA, AMONI TRONG NƯỚC ĐẶT VẤN ĐỀ Nước có vai trò quan trọng việc bảo vệ chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Các nguồn nước sử dụng chủ yếu nước mặt nước ngầm qua xử lý sử dụng trực tiếp Phần lớn chúng bị ô nhiễm tạp chất với thành phần mức độ khác tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý, đặc thù sản xuất, sinh hoạt vùng phụ thuộc vào địa hình mà chảy qua hay vị trí tích tụ Ngày nay, với phát triển cơng nghiệp, q trình thị hố bùng nổ dân số làm cho nguồn nước tự nhiên ngày cạn kiệt ngày ô nhiễm Hoạt động nông nghiệp sử dụng gắn liền với loại phân bón diện rộng, loại nước công nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ thải vào môi trường làm cho nước ngầm ngày bị ô nhiễm hợp chất nitơ mà chủ yếu amoni Amoni không gây độc trực tiếp cho người sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit nitrat yếu tố gây độc Các hợp chất nitrit nitrat hình thành q trình oxi hố vi sinh vật trình xử lý, tàng trử chuyển tải nước đến người tiêu dùng Vì việc xử lý amoni nước đối tượng đáng quan tâm PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM AMONI I NGUỒN GỐC VÀ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM AMONI, NITRAT TRONG NƯỚC Ở VIỆT NAM Sơ lược amoni, nitrat: Các dạng thường gặp nước hợp chất nitơ amôni, nitrit, nitrat, kết trình phân hủy chất hữu ô nhiễm từ nước thải - amôni chất gây độc nhiều cho cá loài thủy sinh Amoni bao gồm có dạng: khơng ion hố (NH3) ion hố (NH4) Amoni có mặt mơi trường có nguồn gốc từ q trình chuyển hố, nơng nghiệp, cơng nghiệp từ khử trùng nước cloramin Lượng Amoni tự nhiên nước bề mặt nước ngầm thường thấp 0,2mg/lít Các nguồn nước khí có nồng độ Amoni lên đến 3mg/lít Việc chăn ni gia súc quy mơ lớn làm gia tăng lượng Amoni nước mặt Sự nhiễm bẩn Amoni tăng lên đoạn nối ống vữa ximăng Amoni nước chất ô nhiễm chất thải động vật, nước cống khả nhiễm khuẩn Khi hàm lượng Amoni nước ăn uống cao tiêu chuẩn cho phép chứng tỏ nguồn nước bị ô nhiễm chất thải động vật, nước cống có khả xuất loại vi khuẩn, kể vi khuẩn gây bệnh Lượng Amoni môi trường so với tổng hợp bên thể không đáng kể Tác hại xuất tiếp xúc với liều lượng khoảng 200mg/kg thể trọng Khi Amoni nước ăn uống vượt tiêu chuẩn cho phép chưa ảnh hưởng tới sức khoẻ dấu hiệu cho thấy nguồn nước bị ô nhiễm chất thải có nguồn gốc động vật chứa vi khuẩn gây bệnh - Nitrit hình thành từ phản ứng phân hủy nitơ hữu amôni với tham gia vi khuẩn Sau nitrit oxy hóa thành nitrat Ngồi ra, nitrat có mặt nguồn nước nước thải từ ngành hóa chất, từ đồng ruộng có sử dụng phân hóa học, nước rỉ bãi rác, nước mưa chảy tràn Sự có mặt hợp chất nitơ thành phần hóa học nước cho thấy dấu hiệu ô nhiễm nguồn nước Nguồn gốc ô nhiễm amoni, nitrat 2.1 Trong nước ngầm a Sự tồn tại của các hợp chất Nitơ nước Nitơ tồn hệ thuỷ sinh nhiều dạng hợp chất vô hữu Các dạng vô cơ với tỷ lệ khác tuỳ thuộc vào môi trường nước Nitrat muối Nitơ vô môi trường sục khí đầy đủ liên tục Nitrit (NO 2-) tồn điều kiện đặc biệt, amoniac (NH3) tồn dạng điều kiện kỵ khí Amoni hòa tan nước tạo thành dạng hyđrôxit amoni (NH 4OH) phân ly thành ion amoni (NH4+) ion hydroxit (OH-) Quá trình oxi hố chuyển tất dạng Nitơ vơ thành ion nitrat, q trình khử chuyển hố chúng thành dạng nitơ Q trình oxi hố dạng Nitơ vô thành NO 3- gọi q trình nitrat hố (nitrification) Q trình khử nitrat (denitrication) q trình chuyển khí NO 3- thành khí Nitơ (N2) ơxit Nitơ (N2O) Q trình cố định Nitơ (nitrogenfixation) q trình Nitơ khơng khí cố định vào hệ sinh học thông qua dạng amoni Quá trình đòi hỏi lượng đáng kể để chuyển hố Nitơ khơng khí thành dạnh Amon Các prơtêin mùn động vật thực vật sau bị phân ly thành amoni axit tiếp đến phân huỷ thành amoni dạng nitơ vô nước vào hệ sinh vật cuối chuyển hố dạng Nitơ vơ Các ion NO3- nước thải chảy sông biển hàm lượng lớn, chúng kích thích phát triển động vật thuỷ sinh Sau chết xát chúng gây ô nhiễm nguồn nước Nitơ Photpho hai yếu tố gây ảnh hưởng đến môi trường nước Nếu nồng độ NO3- tăng lên Photpho không tăng, nồng độ Photpho tăng lên nồng độ Nitơ khơng tăng khơng làm cho thực vật phát triển b Nguồn gốc ô nhiễm amoni nước ngầm Có nhiều ngun nhân dẫn đến trình trạng nhiễm bẩn amoni chất hữu nước ngầm nguyên nhân việc sử dụng mức lượng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hoá chất, thực vật gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước, trình phân huỷ hợp chất hữu chất làm đẩy nhanh trình nhiễm amoni nước ngầm Ngồi mức độ nhiễm phụ thuộc vào loại hình canh tác khu vực Do cấu tạo địa chất và lịch sử hình thành địa tầng Kết hoạt động địa chất (xóa mòn, xâm thưc…``) hình thành lên tầng chứa nước cuội sỏi Đệ Tứ Đây nguồn nước khai thác cung cấp nước sinh hoạt cho hoạt động sống người Tầng Đệ Tứ bao gồm nhiều loại kiến tạo với loại trầm tích khác nguồn gốc Nhưng nhìn chung tầng có chứa hạt than bùn, đất có lẫn hợp chất hữu Khả chuyển chất bẩn vào tầng nước có liên quan chặc chẽ đến thành phần hạt Hạt khơ tính lưu thông lớn, khả hấp thụ nhỏ, chất bẩn chuyển dễ dàng, hạt mịn ngược lại Do trình khai thác nước ngày mở rộng kéo theo giải phóng hợp chất N phát sunh lớp đất bùn chứa nhiều chất hữu bị phân hủy, điều dẫn đến hàm lượng N nước ngầm tăng lên Do sự tồn tại của nguồn ô nhiễm nằm ở phía mặt đất Trong nhiều năm qua với phát triển đời sống xã hội, phát triển công nghệp nông nghiệp thải vào mơi trường lượng lớn chất thải, mà nước thải sản xuất nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu gây nhiễm sinh học cao Trình trạng khoan khai thác nước cánh tuỳ tiện tư nhân phổ biến Giếng khoan có độ sâu từ 25 m đến 30 m nguồn gốc tạo cửa sổ thuỷ văn đưa chất nhiễm bẩn xuống nước ngầm Ngoài việc khai thác nước ngầm với khối lượng lớn mà lượng nước không kịp bổ xung tạo phểu hạ thấp mực nước, cũng gốp phần làm cho chất bẩn xâm nhập nhanh Để bù đắp lượng nước ngầm bị khai thác, trình xâm thực tự nhiên đẩy mạnh, nước ngầm bổ xung việc thấm từ nguồn nước mặt xuống Đây nghiên nhân gia tăng nồng độ chất ô nhiễm nước ngầm chất có nguồn gốc nhân tạo Do việc phóng thải lượng lớn chất thải, nước thải có chứa nhiều hợp chất Nitơ hồ tan nước dẫn đến gia tăng nồng độ chất Nitơ nước bề mặt, ví dụ sản phẩm q trình Urê hố, amoni muối amon từ phân bón, từ q trình thối rửa từ dây chuyền sinh học cũng từ nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp…Các chất theo nước mặt thấm xuyên từ xuống thấm qua sườn sông, xâm nhập vào nước ngầm dẫn tới trình trạng tăng nồng độ amoni nước ngầm Do chiều dày đới thông khí Khi chiều dày đới thông khí (hay chiều dày đường thấm) nhỏ khả xâm nhập chất bẩn vào tầng chứa nước nhiều Nhưng riêng hợp chất nitrat nitrit chiều dày đới thơng khí lớn, q trình nitrat hố diễn thuận lợi, chiều dày đới thơng khí nhỏ q trình nitrat hố yếu Đối với thực tế điều kiện đới thơng khí dày hàm lượng oxy xâm nhập từ khí nguồn khác mặt đất vào đới thông khí lớn, thúc đẩy điều kiện thuận lợi cho phát triển vi khuẩn hiếu khí Khi q trình nitrat hố xảy làm tăng hàm lượng NO2- NO3- Do độ dốc thuỷ lực lớn Những nơi có cường độ dòng chảy mạnh làm tăng khả xâm nhập chất ô nhiễm vào nước ngầm Những khu vực nằm độ dốc cao thường có hàm lượng nhiễm nặng vùng có độ dốc thấp Điều phù hợp với qui luật vận động tự nhiên vật chất Nguyên nhân chủ yếu khiến nguồn nước bị nhiễm amoni hợp chất chứa nitơ có chất thải sinh hoạt hoạt động sản xuất đem thải môi trường ngày nhiều Dưới tác động vi sinh vật, chúng chuyển hóa thành amoni (NH4-) Amoni nhờ nước mưa dần thẩm thấu qua đất, ngấm vào mạch nước ngầm nằm yên khai thác lên 2.2 Trong nước mặt Là kết trình phân hủy chất hữu ô nhiễm từ nước thải nước thải từ ngành hóa chất, từ đồng ruộng có sử dụng phân hóa học, nước rỉ bãi rác, nước mưa chảy tràn Hiện trạng ô nhiễm amoni, nitrat ở Việt Nam 3.1 Hiện trạng Theo đánh giá nhiều báo cáo hội thảo khoa học trình trạng nhiễm amoni nước ngầm phát nhiều vùng nước Chẳng hạn thành phố Hồ Chí Minh: ”Theo chi cục bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh (TP Hồ Chí Minh), kết quan trắc nước ngầm tầng nông gần cho thấy lượng nước ngầm khu vực ngoại thành diễn biến ngày xấu Cụ thể nước ngầm trạm Đông Thạch (huyện Hóc Mơn) bị nhiễm amoni (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) có hàm lượng nhôm cao, độ mặn tăng mức độ ô mhiễm chất hữu cũng tăng nhanh năm gần đây; nồng độ sắt nước ngầm số khu vực khác Linh Trung, Trường Thọ (Thủ Đức), Tân Tạo (Bình Chánh)…cũng cao (11,76 đến 27,83 mg/l) vượt tiêu chuẩn cho phép gần 50 lần Ngồi có số khu vực khác cũng bị ô nhiễm amoni nước ngầm khu vực bị ô nhiễm amoni nước ngầm nặng nề nước khu vực đồng Bắc Bộ Theo kết khảo sát trung tâm nghiên cứu thuộc trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia trường Đại Học Mỏ-Địa Chất phần lớn nước ngầm khu vực đồng Bắc Bộ gồm tỉnh như: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng n, Thái Bình phía nam Hà Nội bị nhiễm bẩn amoni nặng Xác suất nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao tiêu chuẩn nước sinh hoạt (3 mg/l) khoảng 70-80% Trong nhiều nguồn nước ngầm chứa nhiều hợp chất hữu cơ, độ oxi hố có nguồn đạt 30-40 mg O 2/l Có thể cho phần lớn nguồn nước ngầm sử dụng không đạt tiêu chuẩn amoni hợp chất hữu Theo kết khảo sát nhà khoa học Viện Địa lý thuộc Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam mẫu nước từ huyện tỉnh Hà Nam có tỷ lệ nhiễm amoni mức đáng báo động.Chẳng hạn Lý Nhân có mẫu nước với hàm lượng lên tới 111,8 mg/l gấp 74 lần so với tiêu chuẩn Bộ Y Tế (TC BYT), Duy Tiên 93,8 mg/l gấp 63 lần…Trong đó, kết khảo sát trường Đại Học Mỏ-Địa Chất Hà Nội cũng cho biết chất lượng nước ngầm tầng mạch nông mạch sâu địa phương cũng có hàm lượng Nitơ trung bình > 20 mg/l vượt mức tiêu chuẩn Việt Nam cho phép nhiều lần (Tiêu chuẩn nước vệ sinh ăn uống 01:2009/BYT nồng độ NH4+ tối đa cho phép mg/l) 3.2 Cách phát hiện nhanh Amoni nước Người dân nhận biết mẫu nước nhiễm amoni nặng gấp – 10 lần cho phép luộc thịt Nước một nguồn trước và sau thử định tính với amoni Bản thân amoni khơng độc, tồn nước chuyển thành nitrite Nitrite nước ức chế men enzim thịt cản trở trình chuyển màu thịt “Vì thế, thịt chín nhừ cũng chuyển sang màu hồng mà vẫn giữ màu thịt sống Ngoài ra, với mẫu nước nhiễm amoni 20mg lít trở lên ngửi thấy mùi khai Tuy nhiên, cách phát có tính định tính, dùng với trường hợp nước nhiễm amoni nặng, nước nhiễm amoni mức nhẹ trung bình khơng thể kiểm tra mắt thường mà phải kiểm tra thiết bị chuyên dụng Để biết xác, người dùng nên mang mẫu tới Phòng thí nghiệm để tiến hành kiểm tra Có nhiều gia đình mang mẫu nước đến phòng thí nghiệm để kiểm tra, từ đó, phát nhiều mẫu nước nhiễm amoni nặng, chí gấp đến 20 – 30 lần cho phép Có thể kiểm tra kiểm tra nhanh hàm lượng amoni cách lấy đầy nước cần xét nghiệm vào lọ nhỏ, chia nửa sang lọ khác, sau dùng chất thử để kiểm tra: Lọ 1: cho hai giọt netsle vào Nếu nước chuyển sang màu vàng (vàng chanh, vàng nâu, vàng đậm) nước có chứa chất amoni Có thể xác định bán định lượng nước nhiễm amoni nặng hay nhẹ tuỳ thuộc vào màu nước sau thử (nước có màu đậm nhiễm amoni nặng) Lọ 2: cho hai chất griss griss 2, loại giọt vào lọ Chờ – 10 phút, nước chuyển sang màu hồng nước có chứa nitrite (NO2-) Để xác định xác nồng độ amoni nước, đem nước soi máy quang phổ Tất thời gian để xét nghiệm nồng độ amoni nước khoảng 15 phút với sai số không đáng kể Khi vào thể, nitrite tranh oxy hồng cầu người, gây bệnh hiểm nghèo (ung thư, u bướu…) với tỷ lệ cao Chất đặc biệt nguy hiểm với trẻ nhỏ, khả mắc bệnh ung thư, trẻ có nguy mắc trực tiếp bệnh xanh da bệnh đường hô hấp (do hệ men phân huỷ nitrite trẻ chưa phát triển) Trong nghiên cứu nước tác hại amoni động vật thực nghiệm (thỏ, khỉ, chuột) cho thấy, cho động vật thực nghiệm uống nước có lượng amoni gấp – lần cho phép, sau ba tuần đến tháng, vật xuất khối u Nếu nước nhiễm amoni mức nhẹ (dưới mg lít), dùng thiết bị lọc bán thị trường để loại bỏ Nhưng với mẫu nước nhiễm amoni nặng phải dùng đến thiết bị lọc nitrite liên kết chuyên dụng Nguyên tắc khử nitrite máy lọc chuyên dụng chuyển nhanh NO2 sang NO3 N2 (chất khí) bay lên II TÁC HẠI CỦA AMONI, NITRAT Ảnh hưởng amoni đối với sức khỏe người Amoni thật không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người, trình khai thác, lưu trữ xử lý…Amơni chuyển hoá thành nitrit (NO 2-) nitrat (NO3-) chất có tính độc hại tới người, chuyển hố thành Nitrosamin có khả gây ung thư cho người Chính qui định nồng độ nitrit cho phép nước sinh hoạt thấp Như nước ngầm amoni chuyển hoá thiếu oxy, khai thác lên vi sinh vật nước nhờ oxy không khí chuyển amoni thành nitrit (NO2-) nitrat (NO3-) tích tụ thức ăn Khi ăn uống nước có chứa nitrit thể hấp thu nitrit vào máu chất tranh oxy hồng cầu làm hemoglobin khả lấy oxy, dẫn đến trình trạng thiếu máu, xanh da Vì vậy, nitrit đặc biệt nguy hiểm trẻ sinh sáu tháng tuổi, làm chậm phát triển, gây bệnh đường hô hấp Đối với người lớn, nitrit kết hợp với axit amin thực phẩm làm thành họ chất nitrosami Nitrosamin gây tổn thương truyền tế bào, nghiên nhân gây ung thư Những thí nghiệm cho nitrit vào thức ăn, thức uống chuột, thỏ…với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thấy sau thời gian khối u sinh gan, phổi, vòm họng chúng Các hợp chất nitơ nước gây nên số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng nước Nitrat tạo chứng thiếu vitamin kết hợp với amin để tạo nên nitrosamin nghiên nhân gây ung thư người cao tuổi Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, qua nước dùng để pha sữa Sau lọt vào thể, nitrat chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột Ion nitrit nguy hiểm nitrat sức khỏe người Khi tác dụng với amin hay alkyl cacbonat thể người chúng tạo thành hợp chất chứa nitơ gây ung thư Bảng: Giới hạn nồng độ hợp chất Nitơ nước uống y tế ban hành theo định trưởng y tế việc ban hành tiêu vệ sinh nước ăn uống số: 01:2009/BYT STT Chỉ tiêu Giới hạn tối đa Hàm lượng amoni tính theo NH4+ Hàm lượng nitrat 50 Hàm lượng nitrit Đơn vị mg/ L mg/ L mg/ L Trong xử lí nước cấp - Nó kết hợp với Clo tạo Cloramin chất làm cho hiệu khử trùng giảm nhiều so với Clo gốc HClO + NH3 - = H2O + NH2Cl (Monocloramin) Amoni số vi lượng nước thức ăn để số vi khuẩn phát triển gây tượng không ổn định sinh học chất lượng nước sau xử lí - NH4+ nguồn dinh dưỡng để rêu tảo phát triển, vi sinh vật phát triển đường ống gây ăn mòn, rò rỉ mỹ quan 10 III MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AMONI VÀ NITRAT Trao đổi ion 1.1 Nguyên lý trao đổi ion cột tháp: Đây hình thức trao đổi trạng thái động Phương thức vận hành thông thường làm cho nước từ chảy xuống liên tục xuyên qua lớp trao đổi Do nước lớp chất trao đổi ion phần tiếp xúc theo thứ tự trước, sau khác Quá trình trao đổi ion tn theo định luật bảo tồn điện tích, phương trình trao đổi ion mơ tả cách tổng quát sau: AX + B- AB + X- CY + D+ CD + Y+ Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation Phản ứng trao đổi phản ứng thuận nghịch, chiều thuận gọi chiều trao đổi, chiều nghịch gọi chiều phản ứng tái sinh Mức độ trao đổi ion phụ thuộc vào: ● Kích thước hố trị ion ● Nồng độ ion có dung dịch ● Bản chất chất trao đổi ion ● Nhiệt độ Trước tiên nước đầu vào gặp lớp bề mặt nhựa trao đổi Ion tiến hành trao đổi Cho nên chất trao đổi ion lớp sau cho nước chảy qua nhanh chóng hiệu lực Sau nước có ion tiếp tục chảy qua lớp Cứ vận hành trao đổi đến đạt đến cân lớp nhựa cuối Chất lượng nước thay đổi, có rò rỉ dần lượng ion điểm giới hạn cho phép ion nước uống sinh hoạt, chấm dứt giai đoạn trao đổi Bắt đầu giai đoạn hoàn nguyên: tái sinh hạt nhựa Trong nước cấp thường có chứa ion trao đổi (nitrat,amoni…) Có nhiều loại nhựa trao đổi nitrat,amoni 11 Với nitrat: nhựa trao đổi anion Lewatit, M-600, M-500, MP 64, Purolite, A 400, loại hạt nhựa trao đổi ion có tính kiềm mạnh Với amoni: Chất trao đổi ion có sẳn tự nhiên loại khống sét, quan trọng zeolit, loại sợi,…cũng chất vô tổng hợp (aluminosilicat, aluminophotphat,…) hữu (nhựa trao đổi ion) 1.2 Phương pháp trao đổi ion a Trao đổi Amoni Nhựa trao đổi cation (Cationit) hợp chất cao phân tử hữu có chứa nhóm chức có khả trao đổi với cơng thức chung RX Trong R gốc hữu phức tạp, là: COOH-, Cl-,…Phản ứng trao đổi cation chất trao đổi cation có dung dịch R-H(Na) + NH4+ 2R-H + Ca2+ R-NH4 + H+(Na+) R2Ca + 2H+ b Trao đổi nitrat Trong phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm nitrat, loại nhựa anionit có tính kiềm mạnh thích hợp thơng dụng Loại nhựa có độ bền cao, hiệu trao đổi tốt, chất lượng trao đổi lớn Nhựa trao đổi anionit thường có dạng tổng quát R-Cl Quá trình khử nitrat phương pháp trao đổi ion dựa theo phản ứng sau: R-Cl + NO3- = R–NO3 + ClNO3- hấp phụ kết nối nhựa trao đổi ion tạo thành R -NO3, ion Cl-ở hạt nhựa hòa tan nước R-NO3 tái sinh lại dạng ban đầu R-Cl cách hoàn nguyên nhựa trao đổi dung dịch NaCl hay dung dịch NaOH Điều kiện áp dụng phương pháp trao đổi ion đạt hiệu cao: Nước có hàm lượng cặn < g/l Tổng hàm lượng ion nitrat, sulfat clor có nước nguồn muốn xử lý phải nhỏ 250 mg/l (vì hàm lượng clo lớn cho phép nước ăn uống 250 mg/l) 1.3 Vận hành Quá trình hoàn nguyên + Nhựa trao đổi amoni 12 Người ta rửa lớp vật liệu lọc dung dịch có nồng độ cao ion Na + hay H+ R-NH4 + NaCl  R-Na+ + NH4+ + ClR-NH4 + HCl  R-H + NH4+ + ClKhi hoàn nguyên HCl, vật liệu lọc trao đổi có dạng R-Na Trong trình trao đổi, pH độ kiềm nước đầu có thay đổi đáng kể Thông thường pH độ kiềm tổng nâng lên Hóa chất dùng để hồn ngun thường dùng NaCl + Nhựa trao đổi nitrat Người ta rửa lớp vật liệu lọc dung dịch có nồng độ cao ion OH- hay Cl- R-NO3 + NaCl R-Cl + NaNO3 R-NO3 + NaOH R-OH + NaNO3 Khi hoàn nguyên NaOH, vật liệu lọc trao đổi có dạng R-OH Trong q trình trao đổi, pH độ kiềm nước đầu có thay đổi đáng kể Thông thường pH độ kiềm tổng nâng lên Hóa chất dùng để hoàn nguyên thường dùng NaCl Phương pháp sinh học Ở phương pháp sinh học bao gồm hai trình nối tiếp nitrat hố khử nitrat hố, nước cần xử lý có Nitrat trình sinh học trình khử Nitrat, nước có Amoni q trình nitrat hoá 2.1 Quá trình nitrat hoá: Q trình chuyển hố mặt hố học viết sau: NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O NO2- + 0,5O2 → NO3Phương trình tổng: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O Đầu tiên, amoni oxy hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus Sau ion nitrit bị oxy hóa thành nitrat nhờ vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus Các vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas Nitrobacter thuộc loại vi khuẩn tự dưỡng hóa Năng lượng sinh từ phản ứng nitrat hóa (Nitơ amoni chất nhường điện tử) vi khuẩn sử dụng trình tổng hợp tế bào Nguồn cacbon để sinh tổng hợp tế bào vi khuẩn cacbon vơ (HCO3- chính) Ngồi chúng tiêu thụ mạnh O2 [4] 13 Quá trình thường thực bể phản ứng sinh học với lớp bùn dính bám vật liệu mang - giá thể vi sinh Vận tốc q trình oxy hóa nitơ amoni phụ thuộc vào tuổi thọ bùn (màng vi sinh vật), nhiệt độ, pH môi trường, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng nitơ amoni, oxy hòa tan, vật liệu lọc Các vi khuẩn nitrat hóa có khả kết hợp thấp, việc lựa chọn vật liệu lọc nơi màng vi sinh vật dính bám cũng có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất làm tương quan sản phẩm phản ứng sinh hóa Sử dụng vật liệu mang phù hợp làm giá thể cố định vi sinh cho phép giữ sinh khối giá thể, tăng tuổi thọ bùn, nâng cao ổn định hiệu suất xử lý khối tích cơng trình cũng tránh sốc thay đổi điều kiện môi trường 2.2 Quá trình khử nitrat hoá: Để loại bỏ nitrat nước, sau cơng đoạn nitrat hóa amoni khâu khử nitrat sinh hóa nhờ vi sinh vật dị dưỡng điều kiện thiếu khí (anoxic) Nitrit nitrat chuyển thành dạng khí N2 Q trình khử nitrat hố tổng hợp bốn phản ứng nối tiếp nhau: NO3- NO2- NO N 2O N2 Q trình đòi hỏi nguồn chất (chất cho điện tử) chúng chất hữu (phổ biến axit axetic), H2 S Khi có mặt đồng thời NO 3- chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxi hoá, đồng thời NO3- nhận điện tử khử N2 Vi khuẩn khử tham gia vào trình khử nitrat bao gồm: Bacilus, Pseudômnas, Methanomonas, Paracocas, Spiritum, Thiobacilus, … Để thực phương pháp này, người ta cho nước qua bể lọc kỵ khí với vật liệu lọc, nơi dính bám sinh trưởng vi sinh vật khử nitrat Q trình đòi hỏi nguồn chất - chất cho điện tử Chúng chất hữu cơ, H 2S, vv Nếu nước khơng có oxy có mặt hợp chất hữu mà vi sinh hấp thụ được, môi trường anoxic, vi khuẩn dị dưỡng sử dụng NO 3- nguồn ơxy để ơxy hóa chất hữu (chất nhường điện tử), NO3- (chất nhận điện tử) bị khử thành khí nitơ Vi khuẩn thu lượng để tăng trưởng từ q trình chuyển hố NO 3- thành khí N2 cần có nguồn cacbon để tổng hợp tế bào Do khử NO 3- sau trình nitrat hóa 14 mà thiếu hợp chất hữu chứa cacbon phải đưa thêm chất vào nước Hiện nay, người ta thường sử dụng khí tự nhiên (chứa metan), rượu, đường, cồn, dấm, axetat natri, vv Axetat natri hoá chất thích hợp Đây phương pháp xử lý amoni nhiều nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu cũng cho nhiều kết khả quan Mặc dù xử lý sinh học cũng thực nhiều q trình vật lý, hố học hoá lý phương pháp sinh học lại mang ý nghĩa hoàn toàn khác ngày trở nên quan trọng Phương pháp vi sinh xuất phát từ tính xử lý dể dàng sản phẩm nước, không gây ô nhiễm thứ cấp đồng thời cho sản phẩm nước với chất lượng hồn tồn bảo đảm mặt hố chất độc hại ổn định hoạt tính sinh học, chất lượng cao (cả mùi, vị tính ăn mòn) Phương pháp khử ion Amoni Phương pháp Clo hóa nước đến điểm đột biến Khi cho CLo vào nước, nước tạo axit hypoclorit Cl2 + H2O = HCl + HOCl Axit hypoclorit kết hợp với NH4+ tạo thành Cloramin Khi nhiệt độ nước ≥20 0C, pH ≥7 phản ứng diễn sau: OH- + NH4+→ NH4OH + H2O NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O monocloramin NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O dicloramin NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O tricloramin Quá trình kết thúc sau phút khuậy trộn nhẹ Tại điểm oxy hóa hết Cloramin nước xuất Clo tự gọi điểm đột biến Sau khử hết NH 4+ nước cò lại lượng clo dư lớn, phải khử clo dư trước cấp cho người tiêu thụ ♦ Khử Clo dư nước sau lọc Natrisunfit (Na2SO3) Na2SO3 + Cl2 + H2O → 2HCl + Na2SO4 ♦ Khử Clo dư nước sau lọc Trionatrisunfit (Na2S2O3) 4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl+ 6HCl + 2H2SO4 Quá trình diễn hồn chỉnh sau 15 phút khuấy trộn hóa chất nước Phương pháp làm thoáng 15 Muốn khử NH4+ khỏi nước phương pháp làm thoáng, phải đưa pH nước nguồn lên 10.5 – 11.0 để biến 99% NH4+ thành khí NH3 hòa tan nước ♦ Nâng pH nước thô: Để nâng pH nước thô lên 10.5 – 11.0 thường dùng vôi xút Sau bể lọc pha axit vào nước để đưa pH từ 10.5 – 11.0 xuống 7.5 ♦ Tháp làm thống khử khí amoniac NH3 thường thiết kế để khử khí amoniac có hàm lượng đầu vào 20 – 40 mg/l, đầu khỏi giàn hàm lượng lại – 2mg/l, hiệu khử khí tháp phải đạt 90 – 95% Hiệu khử khí NH tháp làm thống pH ≥11 phụ thuộc nhiều nhiệt độ nước Khi nhiệt độ nước tăng, tốc độ số lượng ion NH4 chuyển hóa thành NH3 tăng nhanh Phương pháp lọc thẩm thấu ngược RO Khử nitrat phương pháp lọc qua màng có hiệu cao với thẩm thấu ngược (RO) siêu lọc UF Tuy nhiên hiệu khoảng 60 - 65% hàm lượng nitrat loại trừ Để khử nitrat triệt để, phương pháp RO thường đưa vào dây chuyền công nghệ vận hành sau cột trao đổi ion để đảm bảo chất lượng nước đầu chất lượng cao Phương pháp thẩm thấu ngược dùng màng bán thấm RO tốn dùng để khử nước có tổng lượng khống (TDS) cao, nước nhiễm mặn có nguồn gốc nước ven biển, nước biển KẾT LUẬN Hiện nay, môi trường nước mặt bị ô nhiễm nặng nề, nước ngầm, nước mặt coi nguồn cung cấp cho nhà máy xử lý nước sinh hoạt nhiều nơi có dấu hiệu nhiễm Chính vậy, việc tìm biện pháp xử lý amôni nước bảo đảm tiêu chuẩn cung cấp nước sinh hoạt có ý nghĩa lớn mặt kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường sức khoẻ cộng đồng 16 Tình trạng nhiễm amoni ngày nghiêm trọng Amoni không gây độc trực tiếp cho người sản phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit nitrat yếu tố gây độc Vì xử lý amoni nước cần phải quan tâm Ở nước ta có nhiều nghiên cứu xử lý amoni nước Tuy nhiên khả áp dụng vào nhà máy nước Việt Nam nhiều hạn chế vấn đề kinh tế quy mô Trong phương pháp: Trao đổi ion, phương pháp sinh học, lọc màng RO, Clo hóa, làm thống Trong xử lý phương pháp trao đổi ion phổ biến.Bên cạnh tùy thuộc tính chất nguồn nước mà có lựa chọn phương pháp phù hợp Trong cấp nước sinh hoạt vấn đề an tồn ln đặt lên hàng đầu xử lý amoni phương pháp sinh học lựa chọn tốt Tài liệu tham khảo: 1.WWW Webmoitruong.com.vn.luận văn xử lí amoni nước ngầm 2.http://thietbinuoc.com.vn/50-3-17-181/tin-tuc-va-bai-viet-hay/tac-hai-va-cachxu-ly-amoni-trong-nuoc.html 3.http://chaugiang.com.vn/index/140nd/Xu-ly-amoni-trong-nuoc-ngam-bangphuong-phap-sinh-hoc.html 17 http://www.maylocnuocgiadinh.com/nd5/detail/tin-tuc/cach-phat-hien-nhanhamoni-trong-nuoc/1400.007.html 18 ... phẩm chuyển hoá từ amoni nitrit nitrat yếu tố gây độc Vì xử lý amoni nước cần phải quan tâm Ở nước ta có nhiều nghiên cứu xử lý amoni nước Tuy nhiên khả áp dụng vào nhà máy nước Việt Nam nhiều... môi trường nước mặt bị ô nhiễm nặng nề, nước ngầm, nước mặt coi nguồn cung cấp cho nhà máy xử lý nước sinh hoạt nhiều nơi có dấu hiệu nhiễm Chính vậy, việc tìm biện pháp xử lý amôni nước bảo đảm... hoá từ amoni nitrit nitrat yếu tố gây độc Các hợp chất nitrit nitrat hình thành q trình oxi hố vi sinh vật trình xử lý, tàng trử chuyển tải nước đến người tiêu dùng Vì việc xử lý amoni nước đối