BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

VŨ THỊ MAI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN BIẾN TÍNH TỪ
LÕI NGÔ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ AMONI
TRONG NƯỚC SINH HOẠT

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI – 2018
i


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………

VŨ THỊ MAI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN BIẾN TÍNH TỪ
LÕI NGÔ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG XỬ LÝ
AMONI TRONG NƯỚC SINH HOẠT

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

bè và gia đình. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc, sự cảm phục và kính trọng nhất tới
PGS.TS. Trịnh Văn Tuyên và PGS.TS. Đoàn Đình Phương - những người Thầy đã
tận tâm hướng dẫn khoa học, động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh
đạo Viện Công nghệ Môi trường cùng tập thể cán bộ của Viện đã quan tâm giúp đỡ
và đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Nguyên Hải, TS. Nguyễn Tiến Vinh về những lời
khuyên bổ ích và những góp ý quý báu trong việc thực hiện và hoàn thiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới Lãnh đạo Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài
Nguyên và Môi Trường Hà Nội và các đồng nghiệp đã ủng hộ và tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân
thành và sâu sắc nhất tới toàn thể gia đình, bạn bè và những người thân đã luôn luôn
quan tâm, khích lệ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả

Vũ Thị Mai

iii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................. 4
1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm và các phương pháp xử lý ........... 4
1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm .................................................... 4
1.1.2. Các phương pháp xử lý amoni .......................................................................... 6
1.2. Tổng quan về quá trình hấp phụ ........................................................................... 16
1.2.1. Kỹ thuật hấp phụ tĩnh ....................................................................................... 16
1.2.2. Kỹ thuật hấp phụ động ..................................................................................... 21

3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ than và dung dịch HNO3 (R/L) ...................................... 60
3.2.3. So sánh than trước biến tính (Bio-400) và sau biến tính (BioN, BioN-Na)... 61
3.3. Xác định các thông số của quá trình tạo than hoạt tính biến tính ..................... 65
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................................... 65
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân............................................................... 66
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ axit H3PO4. ........................................................... 66
3.3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ ngâm ................................................................................ 68
3.3.5. So sánh ba loại vật liệu lõi ngô, BioP, BioP-Na .............................................. 68
3.4. Tổng hợp các đặc tính của chất hấp phụ .............................................................. 72
3.4.1. Đặc điểm cấu trúc và hình thái của chất hấp phụ .......................................... 72
3.4.2. Đặc điểm bề mặt ................................................................................................ 72
3.4.3. Đặc tính vật lý ................................................................................................... 73
iv


3.5. Khảo sát khả năng xử lý amoni của than biến tính bằng kỹ thuật hấp phụ
tĩnh................................................................................................................................... 74
3.5.1. Ảnh hưởng của pH ........................................................................................... 74
3.5.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ................................................................... 76
3.5.3. Đẳng nhiệt hấp phụ .......................................................................................... 77
3.5.4. Động học hấp phụ............................................................................................. 83
3.5.5. Nhiệt động học quá trình hấp phụ ................................................................... 85
3.5.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ amoni trong môi trường
nước. ............................................................................................................................ 87
3.5.7. Nghiên cứu giải hấp phụ .................................................................................. 88
3.6. Khảo sát khả năng xử lý amoni bằng kỹ thuật hấp phụ động mô phòng thí
nghiệm ............................................................................................................................. 89
3.6.1. Ảnh hưởng của lưu lượng nước ...................................................................... 90
3.6.2. Ảnh hưởng của hàm lượng amoni ................................................................... 91
3.6.3. Ảnh hưởng của chiều cao cột........................................................................... 93


Phân tích nhiệt vi sai

FTIR

Fourrier Transform
Ingrared Spectroscopy

Quang phổ hồng ngoại biến đổi

MBBR

Moving Bed Biofilm
reactor

Thiết bị màng sinh học chuyển động

pHpzc

Point of zero charge

Điểm trung hòa điện tích

QCVN

National technical
regulation

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia


Than hoạt
tính

Activated carbon

Than hoạt tính là một loại vật liệu cacbon, một
loại than đã quan tham gia phản ứng với các
hơi, khí hoặc đôi khi được bổ sung các hóa chất
(thí dụ như ZnCl2), trước, trong hoặc sau khi
than hóa để làm tăng khả năng hấp phụ của nó.

Than biến
tính

Modified biochar and
modified activated
carbon

Than biến tính: bao gồm than sinh học biến
tính, than hoạt tính biến tính. Có nhiều cách
thức biến tính bề mặt than đó là: biến tính hóa
học (phương pháp axit hóa, bazơ hóa), biến
tính vật lý (bằng hơi nước, nhiệt độ).

Đường cong Breakthrough curve
thoát

Đường biểu diễn sự phân bố nồng độ theo
thời gian gọi là đường cong thoát.


Bảng 1.11. Các nghiên cứu về hấp phụ amoni bằng các vật liệu khác nhau ............36
Bảng 3.1. Đặc điểm cấu trúc và vật lý của than ........................................................62
Bảng 3.2. Kết quả đặc điểm hóa học bề mặt than Bio-400, BioN, BioN-Na ...........63
Bảng 3.3. So sánh dung lượng hấp phụ của than Bio-400, BioN, BioN-Na ............64
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến dung lượng hấp phụ amoni của than
BioP ...........................................................................................................................67
Bảng 3.5. So sánh dung lượng hấp phụ của lõi ngô, Than BioP và BioP-Na...........68
Bảng 3.6. Các thông số cấu trúc của than BioP-Na ..................................................70
Bảng 3.7. Kết quả một số đặc điểm hóa học bề mặt than .........................................70
Bảng 3.8. Nồng độ các nhóm chức chứa oxy trên bề mặt chất hấp phụ ...................73
Bảng 3.9. Đặc tính vật lý của than BioN-Na và BioP-Na .........................................73
Bảng 3.10. Thông số thực nghiệm và theo mô hình Langmuir của than BioN-Na ....77
Bảng 3.11. Thông số thực nghiệm và theo mô hình Langmuir của than BioP-Na ...78
Bảng 3.12. Giá trị tham số cân bằng RL của quá trình hấp phụ amoni bằng BioN-Na ......79
Bảng 3.13. Giá trị tham số cân bằng RL của quá trình hấp phụ amoni bằng BioP-Na ......79
Bảng 3.14. Thông số thực nghiệm và theo mô hình Freudlich của than BioN-Na ...79
Bảng 3.15. Thông số thực nghiệm và theo mô hình Freudlich của than BioP-Na ...80
Bảng 3.16. Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freudlich của than BioN-Na
và BioP-Na ................................................................................................................80
Bảng 3.17. So sánh dung lượng hấp phụ của một số loại vật liệu ............................82
Bảng 3.18. Tham số của phương trình động học biểu kiến bậc nhất ........................84
Bảng 3.19. Tham số của phương trình động học biểu kiến bậc 2 .............................84
Bảng 3.20. Các thông số nhiệt động học của quá trình hấp phụ amoni trên than
BioN-Na và BioP-Na ................................................................................................87
Bảng 3.21. Bảng tính toán các thông số thí nghiệm cột ..................................................89
Bảng 3.22. Độ dài tầng chuyển khối L của than BioN-Na ..............................................94
Bảng 3.23. Độ dài tầng chuyển khổi L của than BioP-Na ........................................94
Bảng 3.24. Điều kiện vận hành cột hấp phụ qui mô pilot .........................................95
Bảng 3.25. Độ dài tầng chuyển khổi L của than BioN-Na trên hệ pilot ...................96
Bảng 3.26. Dung lượng hấp phụ amoni của BioN-Na trên hệ cột qui mô pilot. ......97

học .............................................................................................................................59
Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 đến dung lượng hấp phụ của than BioN-Na...60
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến dung lượng hấp phụ của than BioN-Na ............60
Hình 3.6. Hình ảnh SEM của Bio-400 và BioN-Na......................................................62
Hình 3.7. Ảnh phổ FTIR của than Bio-400, BioN và BioN-Na ...............................63
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến dung lượng hấp phụ amoni của than
BioP ...........................................................................................................................65
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến dung lượng hấp phụ amoni của than
BioP ...........................................................................................................................66
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến dung lượng hấp phụ amoni của than
BioP-Na .....................................................................................................................67
Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến dung lượng hấp phụ amoni của than BioPNa ..............................................................................................................................68
Hình 3.12 Ảnh chụp SEM của lõi ngô và than BioP-Na ..........................................69
Hình 3.13. Hình ảnh phổ hồng ngoại của lõi ngô, than BioP, BioP-Na ...................71
Hình 3.14. Ảnh chụp SEM của (a) BioN-Na và (b) BioP-Na...................................72
Hình 3.15. Hỉnh ảnh phổ FTIR của các chất hấp phụ ...............................................73
Hình 3.16. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ amoni của than BioN-Na........74
Hình 3.17. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ amoni của than BioP-Na .....74
Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ amoni đến dung lượng hấp phụ của BioNNa ..............................................................................................................................76
Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ amoni của than BioPNa ..............................................................................................................................77
viii


Hình 3.20. Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Langmuir, Freundlich dung lượng hấp
phụ thực nghiệm amoni đối với than BioN-Na ...............................................................81
Hình 3.21. Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Langmuir, Freundlich và dung lượng
hấp phụ thực nghiệm amoni đối với than BioP-Na..........................................................81
Hình 3.22. Đẳng nhiệt hấp phụ amoni trên lõi ngô (CC), than sinh học (Bio), than oxy hóa
(BioN), than sinh học biến tính(BioN-Na), than hoạt tính (BioP), and than hoạt tính biến tính
(BioP-Na)....................................................................................................................82

hướng suy giảm về số lượng và chất lượng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và các
hoạt động sản xuất, khai thác. Theo báo cáo kết quả thực hiện chương trình Mục tiêu
quốc gia về nước sạch vệ sinh môi trường của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông
thôn (2014)[1], chỉ có 32% hộ dân trong số 84,5% dân số được sử dụng nước hợp vệ
sinh từ các công trình cấp nước tập trung, còn lại từ các công trình nhỏ lẻ như giếng
đào, giếng khoan, bể chứa nước mưa. Đối với các hộ gia đình sử dụng nguồn cấp
nước sinh hoạt trực tiếp từ nước ngầm có thể chịu các rủi ro đối với sức khỏe do chất
lượng nước không được kiểm soát. Nước dưới đất ở nước ta thường bị ô nhiễm bởi
các chỉ tiêu sắt, mangan, asen, amoni.
Nhiều báo cáo của các cơ quan quản lý cho thấy, hàm lượng amoni trong nước
ngầm đã vượt giới hạn cho phép nhiều lần, đặc biệt ở các tỉnh miền bắc của Việt Nam
như Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nội...[2, 3]. Ở khu vực phía
nam, điển hình là nhiều quận, huyện của thành phố Hồ Chí Minh cũng đã ghi nhận
được sự ô nhiễm amoni với hàm lượng rất cao [4].
Một số phương pháp thường sử dụng trong thực tế để xử lý amoni trong nước
là: làm thoáng để khử NH3 ở môi trường pH cao; Clo hóa đến điểm đột biến; trao đổi
ion; hấp phụ và sinh học. Trong đó phương pháp hấp phụ sử dụng các vật liệu như
zeolite, than sinh học được xem là các kỹ thuật đơn giản, hiệu quả, tiềm năng để loại
bỏ amoni trong nước [5, 6].
Than hoạt tính, than sinh học là vật liệu được sử dụng rộng rãi để xử lý các
chất ô nhiễm trong môi trường như kim loại nặng, chất hữu cơ. Tuy nhiên, việc nghiên
cứu và ứng dụng các vật liệu này để xử lý amoni còn hạn chế do các vật liệu đã nghiên
cứu có dung lượng hấp phụ thấp. Điều này là do than sinh học và than hoạt tính có
lượng nhóm chức axit bề mặt khá thấp trong khi đó cơ chế chủ yếu để hấp phụ amoni
liên quan đến số lượng các nhóm chức axit bề mặt vật liệu hấp phụ. Điển hình như
than hoạt tính được tạo ra từ tro núi lửa đạt dung lượng hấp phụ amoni khoảng 5,4
mg/g [7]; từ vỏ trấu là 3,2 mg/g [8]; từ gáo dừa là 2,3 mg/g [9] và từ than hoạt tính
thương mại là 0,5 mg/g [10]. Đối với than sinh học, dung lượng hấp phụ amoni chỉ
1


Nội dung nghiên cứu:
 Khảo sát, xác định các thông số công nghệ của quy trình chế tạo than
sinh học, than biến tính từ lõi ngô.
 Xác định các đặc trưng cấu trúc, tính chất vật liệu của than biến tính.
2


 Khảo sát khả năng xử lý amoni của than biến tính bằng kỹ thuật hấp
phụ tĩnh.
 Khảo sát khả năng xử lý amoni của than biến tính bằng kỹ thuật hấp
phụ cột (qui mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot).
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học:
Đã xác định được các thông số công nghệ cho quy trình chế tạo than sinh học
từ lõi ngô, quy trình chế tạo than biến tính bằng 02 phương pháp khác nhau.
Xác định được dung lượng hấp phụ của than sinh học biến tính, than hoạt tính
biến tính đạt từ 16,6 đến 22,6 mg/g cao gấp 3-5 lần so với than sinh học (3,92 mg/g).
Xác định được các thông số động học hấp phụ và cân bằng hấp phụ của quá
trình hấp phụ amoni lên than biến tính.
Ý nghĩa thực tiễn:
Từ các kết quả của luận án, có thể chế tạo than biến tính từ lõi ngô định hướng
ứng dụng xử lý amoni trong nước sinh hoạt từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp rất dồi
dào và chi phí thấp ở Việt Nam.

3


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm và các phương pháp xử lý
1.1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm



Nguyên nhân ô nhiễm amoni trong nước ngầm

Trong nghiên cứu nguồn gốc ô nhiễm amoni tại Hà Nội, tác giả Phạm
Quý Nhân giải thích, hàm lượng amoni cao trong nước ngầm vùng nghiên cứu
có nguồn gốc là sự pha trộn bởi nguồn gốc tự nhiên (từ sự phân hủy vật liệu
hữu cơ trong đất) và nguồn phân hữu cơ của các hệ thống vệ sinh, từ các hệ
thống nước thải và có thể từ nguồn phân bón của các hoạt động nông nghiệp
Sự có mặt với hàm lượng cao của amoni trong đất tầng Pleistocene là
nguyên nhân chính dẫn đến hàm lượng cao của amoni trong nước ngầm tầng
Pleistocene.
Ngoài ra quá trình amôn hóa các hợp chất nitơ trong nước thành amoni
và sự xâm nhập của nước thải của thành phố cũng như các nguồn phân bón hữu
cơ, phân gia súc gia cầm trong canh tác nông nghiệp vào các tầng chứa nước
[20].
Tác hại của amoni
Ảnh hưởng đối với sức khỏe
Tác hại của ô nhiễm amoni đến sức khỏe con người đó là trong quá trình khai
thác, sử dụng, khi nước tiếp xúc với các nguồn chứa oxy và sự tham gia của các vi
khuẩn, amoni sẽ chuyển hóa thành các hợp chất nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) là những
chất có tính độc hại tới con người, trong trường hợp các hợp chất này chuyển hóa
thành các hợp chất dạng nitrosamin sẽ có khả năng gây ung thư cho con người. Ngoài
ra, NO2- có thể gây ra hội chứng xanh xao ở trẻ em do NO2- phản ứng với huyết sắc
tố mang O2, oxy hóa sắt để tạo thành methaemoglobin, do đó làm giảm khả năng
mang oxi trong máu và có khả năng gây tử vong[20].
Ảnh hưởng đối với các hệ thống xử lý nước sinh hoạt
Amoni còn là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện ở hai
khía cạnh:
+ Sự có mặt của amoni trong nước sẽ làm giảm tác dụng khử trùng của Clo do

thổi liên tục từ dưới lên cung cấp oxy cho hoạt động của vi khuẩn [21].
Do quá trình hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas oxi hóa NH4+ thành
NO2- và vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa NO2- thành NO3-. Quá trình diễn ra theo
phương trình (1-1):
- Quá trình nitrat hoá:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O

6

(1-1)


Nếu tính cả quá trình tổng hợp sinh khối, phương trình (1-1) được viết như
sau:
1,02 NH4+ + 1,89 O2 + 2,02 HCO3- → 0,21 C5H7O2N + 1,0 NO3- +

(1-2)

1,92 H2CO3 + 1,06 H2O
- Quá trình khử nitrat hoá:
Khác với quá trình nitrat hoá, quá trình khử nitrat hoá sử dụng oxi từ nitrat
nên gọi là anoxic (thiếu khí). Các vi khuẩn ở đây là dị dưỡng nghĩa là cần nguồn
cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới.
Quá trình gồm 4 phản ứng nối tiếp:
NO3-  NO2-  NO (k)  N2O (k)  N2 (k)

(1-3)

Cơ chất hữu cơ là nước thải:
10 NO3- + C10H19O3N  5 N2 + 10 CO2 + 3 H2O + 10 OH- + NH3

Quá trình Sharon – Anammox

7

-

(1-7)
(1-8)


Trong điều kiện yếm khí, amoni được oxy hóa với nitrit (NO2-) như là chất
nhận điện tử để tạo thành khí nitơ bởi các vi sinh vật tự dưỡng Planctomycetes. Quá
trình xử lý amoni bằng phương pháp này được thực hiện thông qua hai giai đoạn: giai
đoạn đầu là oxy hóa một phần amoni thành nitrit (khoảng 50% tổng amoni) bằng quá
trình hiếu khí truyền thống (nitrit hóa), tiếp theo là quá trình Anammox chuyển hóa
amoni cùng với nitrit trực tiếp thành khí nitơ. Quá trình này không cần cơ chất hữu
cơ, cho phép tiết kiệm trên 60% lượng oxy cần cung cấp, đồng thời tạo ra ít bùn. Tuy
nhiên, hiện nay phương pháp này cũng đang gặp phải một số khó khăn trong ứng
dụng thực tế. Đó là việc khống chế, điều khiển quá trình nitrit hóa một phần amoni
sao cho chỉ một nửa lượng amoni được chuyển hóa thành nitrit.
 Xử lý amoni bằng thực vật
Là quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ thành các thành phần trong tế
bào của sinh khối (thực vật và vi sinh vật). Quá trình chuyển hóa trên gắn liền với các
phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào động vật, thực vật hoặc trong quá trình quang
hợp của thực vật hay đồng hóa của vi sinh vật.
Các loại thực vật thường được sử dụng để xử lý amoni như cây thủy trúc, bèo
tấm, dương xỉ…Tuy nhiên, phương pháp này cần có diện tích khu xử lý lớn [21, 22].
Ưu, nhược điểm của phương pháp
Phương pháp xử lý sinh học được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới
bởi những ưu điểm như: biến đổi ion NH4+ thành Nitơ dạng khí hoặc chuyển hóa tới


Do đó, để loại bỏ khí NH3 ra khỏi nước, cần phải đưa pH của nguồn nước lên
10,5 – 11,0 bằng vôi hoặc xút để chuyển hóa 99% NH4+ thành khí NH3 và được loại
bỏ thông qua tháp làm thoáng. Sau đó nước cần được trung hòa để đưa pH xuống còn
7,5.
Tháp làm thoáng để xử lý amoni trong nước thông thường được thiết kế để
khử amoni có hàm lượng đầu vào 20 – 40 mg/l và nước sau xử lý tại giàn mưa có
hàm lượng amoni trong khoảng 1 – 2mg/l, như vậy hiệu quả khử khí của tháp đạt 90
– 95%. Tuy nhiên, hiệu quả khử amoni của phương pháp này còn phụ thuộc vào nhiệt
độ của nguồn nước. Thông thường, nhiệt độ của nguồn nước tăng sẽ tăng tốc độ
chuyển hóa ion NH4+ thành NH3, do đó làm tăng hiệu quả quá trình xử lý.
Ưu và nhược điểm của phương pháp: phương pháp này dễ thực hiện về thiết
bị cũng như hóa chất nhưng trong thực tế pH phải nâng lên xấp xỉ 11, sau đó lại phải
dùng axit để trung hòa nguồn nước hạ pH xuống môi trường trung tính. Đặc biệt khi
nguồn nước có độ cứng cao, trước hết phải thực hiện quá trình khử độ cứng cacbonnat.
Hiệu quả xử lý của phương pháp này phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ nước và tỷ lệ
giữa lưu lượng không khí làm thoáng và nước. Lượng không khí dùng để làm thoáng
rất cao tới 2000 – 3700 m3 không khí cho 1m3 nước cần xử lý ở nhiệt độ 20oC [23].
 Clo hóa với nồng độ cao hơn điểm đột biến
Nguyên lý của phương pháp:

9


Clo gần như là hoá chất duy nhất có khả năng oxi hoá NH4+/NH3 ở nhiệt độ
phòng thành N2. Khi hoà tan Clo trong nước, tùy theo pH của nước mà clo có thể nằm
dạng HClO hay ion ClO- do có phản ứng theo phương trình:
Cl2 + H2O ⇔ HCl + HOCl

(1-11)

Na2SO3 + Cl2 + H2O → 2HCl + Na2SO4

-

(1-17)

Khử clo dư trong nước sau khi lọc bằng trionatrisunfit (Na2S2O3)
4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl+ 6HCl + 2H2SO4

(1-18)

Về mặt lý thuyết, để xử lý NH4+ phải dùng tỷ lệ Cl : N = 7,6 : 1 nhưng trên
thực tế phải dùng tỷ lệ là 8:1 hoặc cao hơn để oxi hoá và giải phóng hết NH3.
Ưu, nhược điểm của phương pháp: Ưu điểm của phương pháp này là thời gian
xử lý nhanh, thích hợp với nguồn nước có chứa hàm lượng amoni cao. Tuy nhiên có
một số nhược điểm sau:
+ Trong trường hợp nguồn nước chưa được xử lý hết các chất hữu cơ, lượng
clo dư sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ này hình thành nhiều phức chất có mùi
đặc trưng khó chịu. Trong đó khoảng 15% là các hợp chất nhóm THM-trihalometan
và HAA-axit axetic halogen đều là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế
nồng độ nghiêm ngặt.
+ Ngoài ra với lượng clo cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn trở nên khó giải
quyết đối với các nhà máy lớn. Đây là những lý do khiến phương pháp clo hoá mặc
dù đơn giản về mặt thiết bị, rẻ về mặt kinh tế nhưng rất khó áp dụng.
10


 Trao đổi ion
Phương pháp xử lý amoni và các hợp chất của nitơ bằng trao đổi ion đã được
rất nhiều tác giả quan tâm. Quá trình xử lý amoni có thể thực hiện bằng phương pháp

London, lưỡng cực phản ứng) hoặc bằng lực hóa học (liên kết hóa học).
Chất bị thu hút vào pha bề mặt được gọi là chất bị hấp phụ. Chất có pha bề mặt
thu hút chất bị hấp phụ được gọi là chất hấp phụ.
Lượng chất bị hấp phụ qt trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại một nhiệt
độ đã cho (T = const), được gọi là dung lượng hấp phụ.
Ưu nhược điểm của phương pháp hấp phụ: Phương pháp hấp phụ có ưu điểm
rất lớn là hiệu quả xử lý cao, thời gian xử lý nhanh, quy trình xử lý đơn giản tuy nhiên
vật liệu hấp phụ như than hoạt tính thương mại thường có chi phí cao mà dung lượng
hấp phụ amoni lại thấp. Do đó việc nghiên cứu tìm ra các vật liệu có khả năng hấp
phụ amoni với chi phí thấp, dung lượng hấp phụ cao là rất cần thiết.
11


1.1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước về xử lý amoni trong nước ngầm
Tại Hà Nội, hiện trạng xử lý nước sinh hoạt tại các trạm cấp nước lớn đều
không có công đoạn xử lý amoni, do đó khả năng loại bỏ amoni ra khỏi nguồn nước
rất thấp.
Tại Việt Nam hiện nay cũng đã có nhiều công trình, đề tài nghiên cứu về việc
xử lý amoni trong nước ngầm bằng phương pháp màng vi sinh, phương pháp trao đổi
ion, phương pháp clo hóa, lọc sinh học bước đầu có hiệu quả khả quan. Trong đó
phương pháp trao đổi ion được đề xuất xử lý với quy mô nhỏ, phương pháp clo hóa
đến điểm đột biến có thể áp dụng khi nồng độ amoni không cao, chất hữu cơ ít để
giảm thiểu khả năng tạo thành THM (trihalometan), trong khi đó, phương pháp sinh
học được sử dụng ở quy mô vừa và lớn. Gần đây phương pháp hấp phụ cũng đang
được áp dụng để xử lý amoni trong nước ngầm.
Về phương pháp sinh học, phương pháp sử dụng màng vi sinh với các vật liệu
mang khác nhau đang được nghiên cứu để xử lý amoni trong nước cấp, bước đầu cho
thấy những dấu hiệu khả quan trong việc xử lý amoni. Tác giả Lều Thọ Bách [25] đã
đề xuất dây truyền xử lý nước ngầm bị nhiễm amoni ở các mức độ khác nhau:


bởi nhóm tác giả Nguyễn Việt Anh, Phạm Thúy Nga, Nguyễn Hữu Thắng, Trần Đức
Hạ, Trần Hiếu Nhuệ và cộng tác viên.

13


Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ xử lý amoni sử dụng giá thể sinh học Acrylic
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất khử nitrat cao và ổn định từ 90,1 đến
98,4 %. Nếu có đủ cơ chất, giá thể Acrylic cho phép tạo ra sinh khối có độ đặc cao,
hiệu quả xử lý tốt ngay cả khi tải lượng nitơ lớn.
Tuy nhiên, phương pháp này cần yêu cầu chế độ kiểm soát chặt chẽ nồng độ
oxy hòa tan, độ pH, độ kiềm và nhiệt độ trong nước; hàm lượng nitrit đầu ra vẫn ở
mức cao, muốn xử lý triệt để cần phải có thêm bước sục khí để tiếp tục thực hiện quá
trình nitrat hóa, do đó tiêu tốn nhiều năng lượng. Mặt khác giá thể vi sinh là vật liệu
dạng sợi Acrylic hoàn toàn nhập ngoại nên giá thành khá đắt.
Tại nhà mày nước Nam Dư, Hà Nội phương án công nghệ do công ty Water
& Soil- Phần Lan [28] đề xuất và thiết kế, dây truyền công nghệ của nhà máy nước
Nam Dư được bổ sung thêm khối công trình nitrat hóa và khối bể lọc đợt 2 vào sau
công đoạn xử lý sắt và trước khối công trình khử trùng. Công nghệ áp dụng phương
pháp lọc màng (MBBR) được thiết kế nhằm xử lý nồng độ nitơ amoni đầu vào là
7,4 g/m3 (tính toán thiết kế với nồng độ tối đa là 14,5 g/m3), qua đó toàn bộ nitơ amoni
được chuyển hòa thành nitrat bằng các vi khuẩn nitrat hóa. Các hạt nhựa dạng mì ống
được sử dụng làm giá thể lưu giữ bùn nhằm duy trì nồng độ bùn nitrat thích hợp trong
bể nitrat hóa. Dây truyền công nghệ được thiết kế với công suất 60.000 m3/ngày đêm,
đảm bảo khả năng nitrat hóa hoàn toàn với tải lượng tính toán tối đa 504,6 gNH4+/m3
vật liệu.ngày đêm.
14


Đối với phương pháp xử lý amoni bằng trao đổi ion, công ty Vicen đã thực

15