CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
1. MỞ ĐẦU
Tốc độ đô thị hóa ở Việt Nam rất nhanh cùng với sự phát triển của công nghiệp.
Tỉ lệ dân số tại các thành thị tăng cùng với tốc độ đô thị hóa. Nước thải từ các thành
phố, khu dân cư tập trung, khu công nghiệp cũng tăng theo mức tăng dân số với lượng
thải lớn. Lưu lượng nước thải của thành phố 20 vạn dân khoảng 40.000 - 60.000
m
3
/ngày. Hiện nay, tại thành phố Hà Nội tổng lượng nước thải (năm 2005) khoảng
550.000 m
3
/ngày.
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 55-65% tổng
lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có các vi sinh vật gây bệnh. Thành
phần các chất ô nhiễm trong nước thải như BOD
5
là 110 - 400mg/l, tổng lượng nitơ TN
là 20-85mg/l trong đó nitơ amoni là 12-50mg/l.
Cùng nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất trong các nhà máy, xí nghiệp cũng
chứa nhiều loại chất tạp chất phức tạp, có nhiều loại chứa nhiều chất bẩn vô cơ, đặc biệt
là các kim loại nặng như trong các ngành công nghiệp có công nghệ mạ. Nước thải
trong các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, thuộc da, giết mổ chứa nhiều các chất
hữu cơ, các vi khuẩn gây bệnh.
Sự phát triển nhanh của nền kinh tế dẫn đến sự cải thiện về mức sống của người
dân cũng như sự đòi hỏi về mức độ Vệ sinh môi trường. Vì vậy xây dựng các công trình
xử lý nước thải phải đạt các yêu cầu về chất lượng nguồn nước xả ra. Nồng độ các chất
ô nhiễm trong nước thải thấp hơn giá trị giới hạn cho phép quy định khi xả ra các loại
nguồn nước mặt khác nhau.
Một trong những chỉ tiêu cần phải đạt được là hàm lượng nitơ trong nước thải.
Theo TCVN 6772:2000 thì lượng N-NH
4

2
-
NO
3
-
Nitrat hoá
+ O
2
Khử nitơrat
Cố định nitơ
Hình 1. Chu trình Nitơ trong tự nhiên
Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thành phần
phân huỷ protein như là các peptid, axit amin, urê.
2
GVHD: PGS.TS Trần Đức Hạ Lớp Cao hoc Môi trường 2006
2
CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Hàm lượng amoniac (NH
3
) chính là lượng nitơ amôn (NH
+
4
) trong nước thải sinh
hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể rất
cao. Các tác nhân gây ô nhiễm Nitơ trong nước thải công nghiệp: chế biến sữa,
rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da.
Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%). Nguồn

3
+ CO
2
+ H
2
O (1.3)
Như vậy NH
3
chính là lượng nitơ amôn trong nước thải. Trong điều kiện yếm khí
amoniac cũng có thể hình thành từ nitrat do các quá trình khử nitrat của vi khuẩn
Denitrificans.
Lượng chất bẩn Nitơ amôn (N-NH
4
) một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát
nước: 7 g/ng.ngày
Trong thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư:
Bảng 1. Các chỉ tiêu trung bình các hợp chất Nitơ trong nước thải sinh hoạt
Chỉ tiêu Trung bình
Tổng Nitơ, mg/l 40
- Nitơ hữu cơ, mg/l 15
- Nitơ Amoni, mg/l 25
- Nitơ Nitrit, mg/l 0,05
- Nitơ Nitrat, mg/l 0,2
Tổng Phốt pho, mg/l 8
Nitrit (NO
2
-
) là sản phẩm trung gian của quá trình ôxy hoá amoniac hoặc nitơ amoni
trong điều kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas. Sau đó nitrit hình thành
tiếp tục được vi khuẩn Nitrobacter ôxy hoá thành nitrat.

NO
2
-
+ H
2
O + 2H
+

NO
2
-
+ 0,5O
2
Nitrobacter

NO
3
-
NH
4
+
+ 2O
2
NO
3
-
+ H
2
O + 2H
+

4NO
3
-
+ 4H
+
+ 5C
hữu cơ
5CO
2
+ 2N
2
+ 2H
2
O
4
GVHD: PGS.TS Trần Đức Hạ Lớp Cao hoc Môi trường 2006
4
CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Trong quá trình phản nitrat hoá, 1g nitơ sẽ giải phóng 1,71g O
2
(khử nitrit) và 2,85g O
2
(khử nitrat).
5
GVHD: PGS.TS Trần Đức Hạ Lớp Cao hoc Môi trường 2006
5
CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
2.2. Tác hại của Nitơ trong nước thải
2.2.1. Tác hại của Nitơ đối với sức khỏe cộng đồng
Trên bình diện sức khoẻ Nitơ tồn tại trong nước thải có thể gây nên hiệu ứng về môi

... tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích trong nước. Hiện tượng đó gọi là phú
dưỡng nguồn nước
Hiện nay, phú dưỡng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải.
Đặc biệt là tại khu vực Hà Nội, sông Sét, sông Lừ, sông Tô Lịch đều có màu xanh đen
hoặc đen, có mùi hôi thối do thoát khí H
2
S. Hiện tượng này tác động tiêu cực tới hoạt
động sống của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái của nước hồ, tăng thêm mức độ ô
nhiễm không khí của khu dân cư
6
GVHD: PGS.TS Trần Đức Hạ Lớp Cao hoc Môi trường 2006
6
CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI

Hình 2.
Qúa trình phú dưỡng trong thủy vực nước mặt
2.2.3. Tác hại của Nitơ đối với quá trình xử lý nước
Sự có mặt của Nitơ có thể gây cản trở cho các quá trình xử lý làm giảm hiệu quả làm
việc của các công trình. Mặt khác nó có thể kết hợp với các loại hoá chất trong xử lý để
tạo các phức hữu cơ gây độc cho con người.
Với đặc tính như vậy việc xử lý Nitơ trong giai đoạn hiện nay đang là vấn đề đáng được
nghiên cứu và ứng dụng.Vấn đề này đã được các nhà nghiên cứu, các học giả đi sâu tìm
hiểu
2.3. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải hiện nay
Đã có nhiều phương pháp nhiều công trình xử lý nitơ trong nước thải được nghiên cứu
và đưa vào vận hành trong đó có cả các phương pháp hoá học, sinh học, vật lý .. v v.
Nhưng phần lớn chúng đều chưa đưa ra được một mô hình xử lý nitơ chuẩn để có thể
áp dụng trên một phạm vi rộng. Dưới đây là bảng phân tích một cách tổng quan nhất về
dạng và hiệu suất làm việc của các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải đã được
nghiên cứu và ứng dụng.

Chủ yếu chuyển
hoá thành NH3-
NH4+
Xử lý bởi quá
trình làm
thoáng
Tách bằng các
quá trình nitrat
và khử nitrat
20-90%
Các phương pháp hoá học
Châm clo Kém ổn định 90-100% 0 80-95%
Đông tụ hoá học 50-70% Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 20-30%
Cacbon dính bám 30-50% Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 10-20%
Trao đổi iôn có chọn lọc
với Amôni
Hiệu suất
thấp,kém ổn định
80-97% 0 70-95%
Trao đổi iôn có chọn lọc
với Nitrat
Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 75-90% 70-90%
Các phương pháp vật lý
Lọc
30-95% N dạng
cặn hữu cơ
Hiệu suất thấp Hiệu suất thấp 20-40%
Làm thoáng 0 60-95% 0 50-90%
Kết tủa bằng đện cực
100% N dạng cặn

- Chi phí đầu tư hợp lý, vừa phải
2.4. Kết luận
Với những tác động xấu của hàm lượng nitơ có trong nước thải sinh hoạt và khu công
nghiệp đến sức khỏe con người cũng như môi trường, chúng ta nên xử lý nitơ xuống
dươi tiêu chuẩn cho phép trước khi xả nước thải ra môi trường (sông, hồ...)
Từ việc xem xét, đánh giá hiệu quả xử lý cũng như tổng quan các phương pháp xử lý
nitơ trong nước thải, chúng tôi lựa chọn phương pháp sinh học để xử lý
9
GVHD: PGS.TS Trần Đức Hạ Lớp Cao hoc Môi trường 2006
9
CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
3. Xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học
3.1. Cơ sở lý thuyết các quá trình xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học
Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, nitơ amôn sẽ được
chuyển thành nitrit và nitrat nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Khi môi
trường thiếu ôxy, các loại vi khuẩn khử nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ tiện) sẽ
tách ôxy của nitrát (NO
3
-
) và nitrit (NO
2
-
) để ôxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử N
2
tạo
thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.
Hình 3. Qúa trình chuyển hóa Nitơ trong nước thải
Quá trình chuyển NO
3
-

 NO
2
-
+ 2H
+
+ H
2
O
Bước 2. NO
-
2
+ 0,5 O
2


NO
3
-
Các vi khuẩn Nitơsomonas và Vi khuẩn Nitơbacteria sử dụng năng lượng lấy từ các
phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá
trình bằng phương trình sau :
NH
4
-
+ 2 O
2
 NO
3
-
+ 2H

2
N tạo thành được dùng để tổng hợp nên sinh khối mới cho tế bào vi khuẩn.
Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau :
NH
4
+
+1,83O
2
+1,98 HCO
3
-
 0,021C
5
H
7
O
2
N + 0,98NO
3
-
+1,041H
2
O+1,88H
2
CO
3
Lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá amôni thành nitrat cần 4,3 mg O
2
/ 1mg NH
4

O
+ Khử nitrit :
NO
2
-

+ 0,67 CH
3
OH + H
+
 0,04 C
5
H
7
O
2
N + 0,48 N
2
+ 0,47CO
2
+ 1,7H
2
O
Như vậy để khử nitơ công trình xử lý nước thải cần :
Điều kiện yếm khí ( thiếu ôxy tự do )
Có nitrat (NO
3
-
) hoặc nitrit (NO
2

Hỡnh 4. S dõy chuyờn x lý Nit trong nc thi - Qỳa trỡnh hu phn
Nước thải sau xử lý
Nước thải sau xử lý bậc I
Bùn tuần hoàn
Cấp khí
Bể lắngAerobicAnoxic
Bùn dư
NO
3
(thổi khí kéo dài)
Hỡnh 5. S dõy chuyờn x lý Nit trong nc thi - Qỳa trỡnh tin phn
- Quỏ trỡnh kt hp 2 phng phỏp trờn bng cỏch trỏo i cỏc quỏ trỡnh
nitrat húa v phn nitrat
12
GVHD: PGS.TS Trn c H Lp Cao hoc Mụi trng 2006
12
CHUYÊN ĐỀ: XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
Bïn d­
Anoxic
Aerobic
BÓ l¾ng
Bïn tuÇn hoµn
N­íc th¶i sau xö lý bËc I
N­íc th¶i sau xö lý
A
B
C1
C2
B
A

GVHD: PGS.TS Trần Đức Hạ Lớp Cao hoc Môi trường 2006
13