Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp kị khí - thiếu khí - hiếu khí

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 1 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt
nghiệp, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý
thầy cô trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 cùng các thầy cô viện Công nghệ
Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu và
thầy cô giáo trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình dạy bảo truyền đạt
những kiến thức bổ ích cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Ths. Lê Cao Khải đã dành nhiều thời
gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp em hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các anh, chị cùng cán bộ viện Công
nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo
điều kiện cho em xây dựng mô hình nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm
được tốt nhất.
Mặc dù em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp bằng
tất cả nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những
thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô giáo
và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2013

Trần Thị Nga

Sinh viên: Trần Thị Nga

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 1 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 2 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Chu trình nitơ trong tự nhiên
Hình 2: Đường cong clo hóa tới điểm đột biến đối với nước có amoni
Hình 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình nitrat hóa
Hình 4: Quá trình nitrat trên màng tế bào chất của vi khuẩn
Hình 5: Một số quy trình công nghệ xử lý nitơ trong nước thải
Hình 6: Hệ thí nghiệm
Hình 7: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm
Hình 8: Ảnh hưởng của COD vào, ra đến hiệu suất xử lý COD
Hình 9: Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến hiệu suất xử lý COD tổng
Hình 10: Ảnh hưởng của NH4+ vào, ra đến hiệu suất xử lý NH4+ bể thiếu khí
Hình 11: Ảnh hưởng của NH4+ vào, ra đến hiệu suất xử lý NH4+ bể kỵ khí
Hình 12: Ảnh hưởng của NH4+ vào, ra đến hiệu suất xử lý NH4+ bể hiếu khí
Hình 13: Ảnh hưởng của NH4+ vào, ra đến hiệu suất xử lý NH4+ tổng
Hình 14: Ảnh hưởng của NH4+ vào, ra đến hiệu suất xử lý NH4+ toàn hệ
Hình 15: Ảnh hưởng của tải lượng NH4+ vào đến hiệu suất xử lý NH4+ tổng
Hình 16: Ảnh hưởng của T-N vào, ra đến hiệu suất xử lý T-N bể thiếu khí
Hình 17: Ảnh hưởng của T-N vào, ra đến hiệu suất xử lý T-N bể kỵ khí
Hình 18: Ảnh hưởng của T-N vào, ra đến hiệu suất xử lý T-N bể hiếu khí

Hình 19: Ảnh hưởng của T-N vào, ra đến hiệu suất xử lý T-N tổng
Hình 20: Ảnh hưởng của NH4+ vào, ra đến hiệu suất xử lý T-N toàn hệ
Hình 21: Ảnh hưởng của tải lượng T-N vào đến hiệu suất xử lý T-N tổng

Sinh viên: Trần Thị Nga
Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 2 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 3 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Lượng chất bẩn của một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát
nước
Bảng 2: Thành phần nước thải khu dân cư
Bảng 3: Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT
Bảng 4: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong nước thải
Bảng 5: Các chỉ tiêu trung bình các hợp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt
Bảng 6: Nồng độ NH4+ và NO2- gây cho nitrobacter

Sinh viên: Trần Thị Nga
Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 3 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 4 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AO: Anoxic - Oxic
BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxygen sinh hóa
BOD5: Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu cơ và sinh hóa do
vi khuẩn (có trong nước nói chung và nước thải nói riêng) gây ra, với thời
gian xử lý nước là 5 ngày ở điều kiện nhiệt độ là 20C
BHT: Bùn hoạt tính
BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi Trường
COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxygen hóa học
DO: Lượng oxy hòa tan trong nước
DS (Dissolved Solids): Tổng hàm lượng các chất hòa tan
N (Nitrogen): Nitơ
LSH: Lọc sinh học
P (Phosphorus): Photpho
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
TCBYT: Tiêu chuẩn bộ y tế
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng
TDS: Chất rắn hòa tan
TS (Total Solids): Tổng hàm lượng các chất rắn
VSV: Vi sinh vật
SBR: Công nghệ xử lý hiếu khí theo mẻ
SS (Suspended Solids): Tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng

Sinh viên: Trần Thị Nga
Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 4 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 5 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SINH HOẠT .................................................................................................... 3
1.1.Tổng quan về nước thải sinh hoạt ............................................................... 3
1.1.1.Nguồn phát sinh của nước thải................................................................. 3
1.1.2.Lưu lượng và thành phần nước thải sinh hoạt phân tán ........................... 3
1.2.Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm nitơ trong môi trường nước và trạng thái
tồn tại của nitơ trong môi trường nước thải ..................................................... 6
1.2.1.Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm nitơ trong môi trường nước ............... 6
1.2.2.Trạng thái tồn tại của nitơ ........................................................................ 8
1.3.Tác hại của nitơ trong nước thải .............................................................. 12
1.3.1.Tác hại của nitơ đối với sức khỏe cộng đồng ........................................ 12
1.3.2.Tác hại của ô nhiễm nitơ đối với môi trường ........................................ 13
1.4.Tổng quan về công nghệ xử lý nitơ trong nước thải ................................. 13
1.4.1.Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt ............ 13
1.4.2.Các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải hiện nay .......................... 15

1.4.2.1.Phương pháp Clo hóa đến điểm đột biến ............................................ 15
1.4.2.2.Phương pháp thổi khí ở pH cao .......................................................... 17
1.4.2.3.Phương pháp sinh học ......................................................................... 18
1.4.3.Xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học......... 18
1.4.4.Một số qui trình cơ bản ứng dụng trong xử lý nitơ trong nước thải bằng
phương pháp sinh học .................................................................................... 25
1.4.5.Ưu điểm công nghệ ................................................................................ 29
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........ 30
2.1.Đối tượng và mục đích nghiên cứu ........................................................... 30
2.1.1.Đối tượng nghiên cứu............................................................................. 30
Sinh viên: Trần Thị Nga
Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 5 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 6 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.1.2.Mục đích nghiên cứu .............................................................................. 30
2.2.Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 30
2.3.Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 30
2.3.1.Phương pháp tài liệu thừa kế.................................................................. 30
2.3.2.Phương pháp thống kê toán học ............................................................. 31
2.3.3.Phương pháp phân tích ........................................................................... 31
2.3.3.1.Phân tích amoni ................................................................................... 31
2.3.3.2.Phân tích tổng nitơ .............................................................................. 32

2.4.Phương pháp thực nghiệm ........................................................................ 32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................... 35
3.1.Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ........................ 35
3.2.Ảnh hưởng tải lượng NH4+ đến hiệu suất xử lý NH4+............................... 37
3.2.1. Ảnh hưởng nồng độ NH4+ đến hiệu suất xử lý NH4+ ở bể thiếu khí ..... 37
3.2.2. Ảnh hưởng nồng độ NH4+ đến hiệu suất xử lý NH4+ ở bể kỵ khí ......... 38
3.2.3. Ảnh hưởng nồng độ NH4+ đến hiệu suất xử lý NH4+ ở bể hiếu khí ...... 39
3.2.4. Ảnh hưởng nồng độ và tải lượng NH 4+ đến hiệu suất xử lý NH 4+
tổng ....................................................................................................... 40
3.3. Ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý NH4+ ...................... 42
3.3.1. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý NH4+ ở bể thiếu khí... 42
3.3.2. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý NH4+ ở bể kỵ khí....... 42
3.3.3. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý NH4+ ở bể hiếu khí .... 43
3.3.4. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý NH 4+ tổng ............ 43
3.4. Ảnh hưởng của tải lượng T-N đến hiệu suất xử lý T-N .................... 44
3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ T -N đến hiệu suất xử lý T - N ở bể thiếu
khí ............................................................................................................ 44
3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ T -N đến hiệu suất xử lý T - N ở bể kỵ khí .. 45

Sinh viên: Trần Thị Nga
Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 6 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 7 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ T -N đến hiệu suất xử lý T - N ở bể thiếu
khí ............................................................................................................ 46
3.4.4. Ảnh hưởng của nồng độ và tải lượng T-N đến hiệu suất xử lý T -N
tổng ....................................................................................................... 47
3.5. Ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý T -N ................ 49
3.5.1. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý T -N ở bể thiếu khí .. 49
3.5.2. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý T -N ở bể kỵ khí ...... 50
3.5.3. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý T -N ở bể hiếu khí ... 50
3.5.4. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý T -N tổng ............. 51
KẾT LUẬN ................................................................................................... 52
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 60

Sinh viên: Trần Thị Nga
Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 7 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 8 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

MỞ ĐẦU
Phát triển bền vững kinh tế - xã hội - môi tường là mục tiêu hướng tới
của hầu hết các quốc gia hiện nay. Với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ trong
những năm qua nguồn phát sinh gây ô nhiễm môi trường ngày càng lớn

nhưng Việt Nam chưa có biện pháp bảo vệ môi trường đúng đắn, do đó đã
gây ra sức ép lớn đối với môi trường. Tình trạng ô nhiễm không khí, nước
mặt, nước ngầm ở các thành phố lớn, các khu công nghiệp đang ngày càng
trầm trọng, gây tác động xấu đến cảnh quan môi trường và sức khỏe con
người.
Tốc độ đô thị hóa ở Viêt Nam rất nhanh chóng 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 số lượng thải lớn. Lưu lượng nước thải của thành
phố 20 vạn dân khoảng 40.000 - 60.000 m3/ ngày.
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ
55% - 65% tổng lượng chất bẩn) chứa nhiều VSV, trong đó có các VSV gây
bệnh. Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải như BOD5 là 110 - 400
mg/l, tổng lượng nitơ T-N là 20 - 85 mg/l trong đó nitơ amoni 12-50 mg/l.
Cùng nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất trong các nhà máy, xí
nghiệp cũng chứa nhiều loại 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

Sinh viên: Trần Thị Nga

1

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 8 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 9 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

nước xả ra. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phải thấp hơn giá trị
giới hạn cho phép quy định 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. Mà hàm lượng cho phép của các thành phần dinh dưỡng N, P được
quy định khá ngặt nghèo trong tiêu chuẩn thải của nhiều quốc gia cũng như
của Việt Nam.
Theo TCVN 67772: 2000 thì N - NH4+ không lớn hơn 0,05 mg/l với
nguồn loại A và 1 mg/l với nguồn loại B. Hàm lượng niơ trong nước thải cao
làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đến môi trường và với các quá trình
xử lý khác trong trạm xử lý nước thải. Vì vậy, trong xử lý nước thải ngoài
việc xử lý các thành phần ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD), SS… Việc xử lý các
thành phần dinh dưỡng N, P cũng là yêu cầu rất quan trọng.
Có nhiều biện pháp để khử niơ trong nước thải. Trong giới hạn chuyên
đề này, tôi đưa ra biện pháp sinh học để khử niơ trong nước thải sinh hoạt
phân tán bằng tổ hợp kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí.

Sinh viên: Trần Thị Nga

2

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 9 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 10 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI SINH HOẠT
1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt
1.1.1 Nguồn phát sinh của nước thải
Nước thải sinh hoạt là nước phát sinh từ các hoạt động của các cộng
đồng dân cư, gia đình, trung tâm thương mại, khu vui chơi giải trí…và được
tính theo đầu người.
1.1.2 Lưu lượng và thành phần nước thải sinh hoạt phân tán
Lưu lượng nước thải sinh hoạt được xác định trên cơ sở nước cấp. Tiêu
chuẩn nước thải sinh hoạt thường là từ 100 đến 250 l/người/ngày (đối với các
nước đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/người/ngày (đối với nước phát
triển). Tiêu chuẩn cấp nước các đô thị nước ta hiện nay dao động từ 120 đến
180 l/người/ngày. Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt
từ 50 đến 129 l/người/ngày. Tiêu chuẩn nước thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn
cấp nước. Thông thường tiêu chuẩn nước sinh hoạt lấy bằng 80 đến 100% tiêu
chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó. Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của
khu vực dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc
điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của nhân dân.
Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn. Lượng nước thải của thành
phố 20 vạn dân khoảng 40 đến 60 nghìn m3/ngày. Tổng lượng nước thải của

thành phố Hà Nội (năm 2006) gần 500.000 nghìn m3 /ngày.
-Thành phần: Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống
thoát nước một lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu
cơ, các chất dinh dưỡng. Ở nước ta tiêu chuẩn TCXD 51:2007 quy định về
lượng chất bẩn tính

Sinh viên: Trần Thị Nga

3

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 10 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 11 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

cho một người dân xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày theo bảng 1
sau đây.
Bảng 1: Lượng chất bẩn của một người trong một ngày xả vào hệ thống
thoát nước (theo quy định của TCXD 51:2007)

Các chất

Giá trị, gam/ngày.đêm

Chất lơ lửng (SS)

60,65

BOD5 của nước thải chưa lắng

65

BOD5 của nước thải đã lắng

30,35

Nito amon (N-NH4)

8

Photphat(PO43-)

3,3

Lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc
điểm hệ thống thoát nước điều kiện trang thiết bị vệ…và có thể tham khảo
theo bảng 2 sau đây.

Sinh viên: Trần Thị Nga

4

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 11 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 12 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Bảng 2: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu

Trong khoảng

Trung bình

350-1.200

720

Chất rắn hòa tan (TDS), mg/l

250-850

500

Chất rắn lơ lửng(SS), mg/l

100-350

220

BOD5 mg/l

20-85

220

Tổng nitơ, mg/l

20-85

40

Nitơ hữu cơ, mg/l

8-35

15

Nitơ amoni, mg/l

12-50

25

Nitơ Nitrit,mg/l

0-0,1

0,05

Nitơ nitrat, mg/l

0,1-0,4

0,2

Clorua, mg/l

30-100

50

Độ kiềm, mg CaCO3/l

50-200

100

Tổng chất rắn (TS), mg/l

Tổng photpho, mg/l

8

Từ đặc tính của nước thải cho thấy các thành phần ô nhiễm chính đặc
trưng của nước thải sinh hoạt là BOD5, COD, nitơ, Photpho, SS,TSS chất tẩy
rửa, trong nước sinh hoạt hàm lượng nitơ và photpho rất lớn (từ 50 đến 55%),
chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh phát triển, tổng số

coliform từ 106 đến 109 MPN/100ml, fecal từ 104 đến 107 MPN/100ml. Nếu
không được xử lý thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng.
Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, cần
thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước. Một yếu tố gây ô
nhiễm ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt chứa phân từ động vật
các loài mầm bệnh được lan truyền bởi các vi sinh vật.
Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở
dịch vụ, công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao,
Sinh viên: Trần Thị Nga

5

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 12 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 13 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với
môi trường nước. Và một vấn đề đặt ra yêu cầu chất lượng nước thải sau khi
xử lý phải đạt tiêu chuẩn môi trường (Bảng 3: Tiêu chuẩn thải)
Bảng 3: Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT
TT

Thông số ô nhiễm

Đơn vị

Giới

hạn

cho

phép

(QCVN 14:2008)
Mức A

Mức B

1

pH

mg/l

5-9

5-9

2

BOD

mg/l

30

50

3

Chất rắn lơ lửng

mg/l

50

100

4

Tổng chất rắn hòa tan

mg/l

500

1000

5

Sunfua( H2S)

mg/l

1

4

6

Amoni ( tính theo nitơ)

mg/l

5

10

7

Nitrat

mg/l

30

50

1.2 Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm nitơ trong môi trường nước và
trạng thái tồn tại của nitơ trong môi trường nước thải.
1.2.1 Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm nitơ trong môi trường nước
Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm nitơ trong nước theo đánh giá

của các nhà khoa học là từ các nguồn: nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp có chứa các hợp chất nitơ, phân bón sử dụng trong sản xuất nông
nghiệp. Bên cạnh đó, rác thải ở nhiều khu dân cư không được thu gom và
xử lý đã tác động tới nguồn nước.
Kết quả phân tích nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện… ở các
đô thị và khu dân cư khu vực phía bắc của Bộ môn Cấp thoát nước - Môi
trường nước của Đại học Xây dựng cho thấy nồng độ N - amoni trong các
loại nước thải này là khá cao (bảng 4).
Sinh viên: Trần Thị Nga

6

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 13 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 14 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Bảng 4 - Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong nước thải
STT

Chỉ tiêu

Nước thải

Nước thải

Nước thải

cống chung cống riêng

bệnh viện

1

pH

7,0 - 7,8

7,2 - 7,8

7,0 - 8,1

2

Hàm lượng cặn lơ lửng

100 - 250

150 - 350

100 - 250

(mg/l)
3

DO (mg/l)

0,5 - 2,0

0 - 1,5

0,5 - 2,0

4

BOD5 (mg/l)

80 - 250

150 - 350

100 - 250

5

COD (mg/l)

120 - 400

180 - 600

120 - 550

6

NH4+ (mg/l)

5 - 30

8 - 35

5 - 30

7

Photphat tổng số (mg/l)

1,5 - 3,5

1,5 - 4,5

1,5 - 4,0

8

Coliform. MPN/100 ml

104 - 107

105 - 107

104 - 107

Một nguồn thải chính khác góp phần đáng kể gây ô nhiễm nitơ trong

nước là từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp. Ở nước ta đang sử dụng trên 9
triệu ha đất nông nghiệp, hàng năm phải bón ít nhất từ 5 - 7 triệu tấn phân bón
hóa học. Như vậy, từ phân bón hóa học (ure, lân, kali) sẽ có một lượng dư
thừa lớn, có tới hàng nghìn tấn các hợp chất N, P, K trong đất mỗi năm và sẽ
rửa trôi theo dòng sông, ngòi, mương rãnh ảnh hưởng đến nguồn cấp nước
sinh hoạt hoặc ngấm xuống gây ô nhiễm tầng nước ngầm.
Hiện nay, trong các ngành sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi được đưa
lên thành sản xuất hàng hóa lớn, năm 2010 đàn trâu trên 2,9134 triệu con, bò
5,9163 triệu con, lợn 27,37 triệu con, gia cầm 300,5 triệu con. Như vậy mỗi
năm có trên 100 triệu tấn phân và nước thải từ chăn nuôi góp phần làm mất vệ
sinh và ô nhiễm môi trường, đặc biệt các nguồn thải này đều có hàm lượng
nitơ - amoni rất cao.

Sinh viên: Trần Thị Nga

7

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 14 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 15 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Một số ngành công nghiệp có nước thải chứa các chất nitơ cũng là
những nguồn gây nên tình trạng ô nhiễm nitơ trong môi trường nước. Điển

hình là ngành giết mổ gia súc. Các cơ sở giết mổ gia súc cũng là nơi gây ô
nhiễm không nhỏ đến môi trường. Chỉ tính lượng thịt lợn, trâu, bò, gia
cầm…ở TP Hà Nội và TP Hồ Chí Minh mỗi thành phố trong một ngày tiêu
thụ trên 200 tấn thịt, phải có 280 - 300 lò mổ tư nhân ở ngoại thành phục vụ.
Trâu, bò được nhốt tập trung trong các chuồng trại chờ đến ngày làm thịt đã
thải ra môt lượng phân lớn, làm ảnh hưởng xấu đến môi trường. Một lượng
nước thải lớn từ các hoạt động giết mổ gia súc thải ra môi trường gây ô nhiễm
nguồn nước, nhất là ô nhiễm chất dinh dưỡng, hữu cơ, vi sinh vật.
Trên thực tế có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm nitơ trong
môi trường nước, nhưng nguyên nhân chính như đã đề cập là do nguồn nước
thải ra từ nhiều lĩnh vực hoạt động phát triển của con người (sinh hoạt, sản
xuất nông nghiệp, công nghiệp, các làng nghề…). Với mức độ tăng trưởng
kinh tế như hiện nay, chắc chắn Việt Nam sẽ gặp khó khăn đáng kể với vấn
đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng nếu không có biện pháp xử lý
phù hợp và kịp thời.
1.2.2 .Trạng thái tồn tại của nitơ trong nước thải
Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp
chất hữu cơ, amoni và các hợp chất dạng oxy hoá (nitrit và nitrat). Các hợp
chất nitơ là
các chất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yếu nhờ các
quá trình sinh hoá.

Sinh viên: Trần Thị Nga

8

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 15 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 16 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Nitơ phân tử N2
Cố định nitơ
N-Protein thực vật

N-Protein động vật

Amôn hóa
NH4+ hoặc NH3
Khử nitơrat
+ O2

Nitrit hoá
NO3-

Nitrat hoá

NO2-

+ O2

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 peptit, axit amin, urê.

Hàm lượng amoniac (NH3) chính là lượng nitơ amoni (NH4+) 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 nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào
hệ thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu, tương đương với 12 g nitơ tổng số. Trong
số đó nitơ trong urê (CO(NH2)2) là 0,7g, còn lại là các loại nitơ khác. Urê
thường được amoni hoá theo phương trình như sau.


Trong mạng lưới thoát nước urê bị thuỷ phân:
CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3

Sinh viên: Trần Thị Nga

9

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 16 of 103.

(1)

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 17 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Sau đó bị thối rữa:
(NH4)2CO3 → 2NH3 + CO2 + H2O

(2)

Như vậy NH3 chính là lượng nitơ amoni 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 amoni (N-NH4) một người trong một ngày xả vào
hệ thống thoát nước: 7g/ng.ngày
Trong thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư.
Bảng 5. 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 Photpho, mg/l

8

Nitrit (NO2-) là sản phẩm trung gian của quá trình oxy 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 oxy hoá thành nitrat.
Các quá trình nitrit và nitrat hoá diễn ra theo phản ứng bậc I:
NH4+

kn

NO2-

km

NO3-

Trong đó: kn và km là các hằng số tốc độ nitrit và nitrat hoá.

Sinh viên: Trần Thị Nga

10

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 17 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 18 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Các phương trình phản ứng của quá trình nitrit và nitrat hoá được biểu
diễn như sau:
NH4+ + 1,5O2

Nitrosomonas

NO2- + H2O + 2H+

NO2- + 0,5O2

Nitrobacter

NO3-

NH4+ + 2O2

NO3- + H2O + 2H+

Quá trình nitrat hoá cần 4,57g oxy cho 1g nitơ amoni. Các loại vi khuẩn
Nitrosomonas và Nitrobacter là các loại vi khuẩn hiếu khí thích hợp với điều
kiện nhiệt độ từ 2030oC.
Nitrit là hợp chất không bền, nó cũng có thể là sản phẩm của quá trình
khử nitrat trong điều kiện yếm khí.
Ngoài ra, nitrit còn có nguồn gốc từ nước thải quá trình công nghiệp điện
hoá. Trong trạng thái cân bằng ở môi trường nước, nồng độ nitrit, nitrat thường
rất thấp, nó thường nhỏ hơn 0,02 mg/l. Nếu nồng độ amoni, giá trị pH và nhiệt
độ của nước cao, quá trình nitrit hoá diễn ra thuận lợi, và nồng độ của nó có thể
đạt đến giá trị lớn. Trong quá trình xử lý nước, nitrit trong nước sẽ tăng lên đột
ngột.
Nitrat (NO3-) là dạng hợp chất vô cơ của nitơ có hoá trị cao nhất và có
nguồn gốc chính từ nước thải sinh hoạt hoặc nước thải một số ngành công
nghiệp thực phẩm, hoá chất,... chứa một lượng lớn các hợp chất nitơ. Khi vào
sông hồ, chúng tiếp tục bị nitrat hoá, tạo thành nitrat.
Nitrat hoá là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hoá các chất hữu
cơ chứa nitơ. Nitrat trong nước thải chứng tỏ sự hoàn thiện của công trình xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học.
Mặt khác, quá trình nitrat hoá còn tạo nên sự tích lũy oxy trong hợp chất
nitơ để cho các quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ tiếp theo, khi lượng
oxy hoà tan trong nước rất ít hoặc bị hết.

Sinh viên: Trần Thị Nga

11

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 18 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 19 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khi thiếu oxy và tồn tại nitrat hoá sẽ xảy ra quá trình ngược lại: tách oxy
khỏi nitrat và nitrit để sử dụng lại trong các quá trình oxy hoá các chất hữu cơ
khác. Quá trình này được thực hiện nhờ các vi khuẩn phản nitrat hoá (vi khuẩn
yếm khí tuỳ tiện). Trong điều kiện không có oxy tự do mà môi trường vẫn còn
chất hữu cơ cácbon, một số loại vi khuẩn khử nitrat hoặc nitrit để lấy oxy cho
quá trình oxy hoá các chất hữu cơ. Quá trình khử nitrat được biểu diễn theo
phương trình phản ứng sau đây:
4NO3- + 4H+ + 5Chữu cơ

5CO2 + 2N2 + 2H2O

Trong quá trình phản nitrat hoá, 1g nitơ sẽ giải phóng 1,71g O2 (khử
nitrit) và 2,85g O2 (khử nitrat).
1.3 Tác hại của nitơ trong nước thải
1.3.1Tác 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 trường. Sự có mặt của nitơ trong nước thải có thể gây ra
nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái và sức khoẻ cộng đồng. Khi trong nước
thải có nhiều amoniac có thể gây độc cho cá và hệ động vật thuỷ sinh, làm
giảm lượng oxy hoà tan trong nước. Khi hàm lượng nitơ trong nước cao cộng

thêm hàm lượng photpho có thể gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận làm nước có
màu và mùi khó chịu đặc biệt là lượng oxy hoà tan trong nước giảm mạnh gây
ngạt cho cá và hệ sinh vật trong hồ.
Khi xử lý nitơ trong nước thải không tốt, để hợp chất nitơ đi vào
trong chuỗi thức ăn hay trong nước cấp có thể gây nên một số bệnh nguy
hiểm. Nitrat tạo chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo
thành các nitrosamin là nguyên nhân gây ung thư ở người cao tuổi. Trẻ sơ
sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, hoặc qua nước dùng để pha
sữa. Khi lọt vào cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn đường
ruột. Ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác
Sinh viên: Trần Thị Nga

12

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 19 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 20 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo
thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. Trong cơ thể Nitrit có thể oxy hoá
sắt II ngăn cản quá trình hình thành Hb làm giảm lượng oxy trong máu có thể
gây ngạt, nôn, khi nồng độ cao có thể dẫn đến tử vong.
1.3.2 Tác hại của ô nhiễm nitơ đối với môi trường

Nitơ trong nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất
dinh dưỡng. Do vậy nó gây ra sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù
du như rêu, tảo gây tình trạng thiếu oxy trong nước, phá vỡ chuỗi thức ăn,
giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường trong sạch của thủy vực, sản sinh
nhiều chất độc trong nước như NH4+, H2S, CO2, CH4... 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 H2S. 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.
Sự có mặt của nitơ có thể gây cản trở cho các quá trình xử lý làm giảm
hiệu qủa 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.
1.4 Tổng quan về công nghệ xử lý nitơ trong nước thải.
1.4.1 Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt.
Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay được chia thành:
+ Phương pháp cơ học : được sử dụng để tách các tạp chất không hòa
tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các công trình xử lý
cơ học bao gồm: thiết bị chắn rác, bể điều hòa, bể lắng, lọc, vớt dầu mỡ…
Sinh viên: Trần Thị Nga

13

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 20 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 21 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp
+

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phương pháp hóa lý: có bổ sung thêm hóa chất từ ngoài vào, bao

gồm phương pháp keo tụ tạo bông, trung hòa, tuyển nổi, hấp thụ, hấp phụ,
trao đổi ion, oxi hóa khử, phương pháp điện hóa…
+

Phương pháp sinh học: sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong nước

thải hoặc bổ sung thêm các chủng, giống vi sinh vật để nâng cao hiệu quả xử
lý nước thải. Các phương pháp sinh học có thể duy trì trong các điều kiện yếm
khí (không có oxy) thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ ngoài vào).
Hiện nay, việc kết hợp các phương pháp xử lý một cách khoa học giúp
mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải, giảm chi phí đầu tư, vận hành…
Căn cứ đặc tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay
trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng công nghệ xử lý thường là kết
hợp xử lý cơ học và phương pháp xử lý sinh học qua các bước sau:
 Tiền xử lý: có nhiệm vụ loại bỏ ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể
gây tắc nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm.
+ Loại bỏ vật lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải: gỗ, vỏ hoa
quả…
+ Loại bỏ cặn nặng như các mảnh kim loại thủy tinh, cát…

+ Loại bỏ phần lớn dầu mỡ.
Trong tiến xử lý có các bước sau:
+ Song chắn rác thô: Loại bỏ rác có kích thước nhỏ hơn những loại cặn
này thường gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng
cho các bước sau:
- Xử lý sơ bộ: có nhiệm vụ lắng cát và tách dầu mỡ ra khỏi nước thải
đồng thời tiến hành điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải.
Trong bước xử lý sơ bộ thường qua các giai đoạn sau:
+ Bể lắng cát và vớt dầu mỡ thường đặt sau song chắn rác thô và trước
bể điều hòa để loại bỏ cặn thô như cát sỏi…để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị
mài mòn.
Sinh viên: Trần Thị Nga

14

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 21 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 22 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

+ Bể điều hòa: Dùng để điều hòa lưu lượng cũng như nồng độ nước
thải. Trong bể có hệ thống khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ
các chất bẩn trong thể tích toàn bể không cho cặn lắng trong bể.
- Xử lý sinh học: Mục đích quá trình xử lý sinh học và lợi dụng các

hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để khử các hợp chất hữu cơ chứa
cacbon, nitơ, photpho trong nước thải đây là bước xử lý quan trọng cho nước
thải sinh hoạt quyết định chất lượng đầu ra. Với hiệu suất xử lý khá cao 9099% ít sử dụng hóa chất, chi phí xử lý thấp hơn so với các phương pháp khác.
Có rất nhiều công nghệ xử lý khác nhau được áp dụng cho bước xử lý
sinh học nước thải như dung bể thổi khí liên tục (aeroten) bể SBR công nghệ
kết hợp quá trình thiếu khí và hiếu khí (AO)…
Xử lý bùn cặn trong nước thải: Trong nước thải có các chất không hòa
tan như cát, cặn lắng…được phơi khô hoặc ép làm giảm thể tích và vận
chuyển về bãi chôn lấp.
Giai đoạn khử trùng: Nhằm tiêu diệt vi sinh vật có hại là giai đoạn bắt
buộc với một số loại nước thải nhằm đảm bảo nước khi thải ra ngoài không
gây hại đến môi trường.
Xử lý mùi phát tán: Mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu được
thu gom và xử lý qua tháp hấp thụ trước khi thải ra môi trường không khí.
1.4.2 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 lý
(sục khí đuổi amoniac trong môi trường kiềm, xử lý nitơ tồn tại dưới dạng
NH4+), hóa học (oxy hóa bằng các chất oxi hóa gốc Clo) hoặc sinh học.
1.4.2.1 Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến
Clo gần như là hóa chất duy nhất có khả năng oxy hóa amoni/amoniac
ở nhiệt độ phòng thành N2. Khi hòa tan clo trong nước, tùy theo pH của nước
mà Clo có thể nằm ở dạng HClO hay ClO- do có phản ứng theo phương trình:
Sinh viên: Trần Thị Nga

15

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 22 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 23 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Cl2 + H2O  HCl + HClO (pH < 7) H+ + ClO- (pH > 8)
Khi trong nước có NH+se xảy ra các phản ứng sau:
HClO + NH3

→ H2O + NH2Cl (Monocloramin)

HClO + NH2Cl → H2O + NHCl2 (Dicloramin)
HClO + NHCl2 → H2O + NCl3 (Tricloramin)
Nếu có clo dư sẽ xảy ra phản ứng phân hủy các cloramin:
NH2Cl + NHCl2 → N2 + 3HCl
2 NH2Cl + HClO → N2 + 3HCl + H2O
NH2Cl + H2O → NH2OH + HCl
2NH2OH + HOCl → N2

+ HCl + 3H2O

Lúc này lượng Clo dư trong nước sẽ giảm tới giá trị nhỏ nhất vì xảy ra sự

Lượng Clo dư

phân hủy cloramin, điểm tương ứng với giá trị này gọi là điểm đột biến.

0

D

●B
●C
●A
Phản ứng
Với Fe2+, S2-

NH3 → amin

amin

N2

Lượng Clo cho vào mg/l
Clo dư

Hình 3: Đường cong Clo hóa tới điểm đột biến đối với nước có amoni

Sinh viên: Trần Thị Nga

16

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 23 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 24 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Những nước nghiên cứu trước đây cho thấy, tốc độ phản ứng của clo
với chất hữu cơ bằng nửa so với phản ứng với amoni. Khi amoni phản ứng
gần hết, clo sẽ phản ứng với các chất hữu cơ có trong nước để hình thành
nhiều chất cơ clo có mùi đặc trưng khó chịu, trong đó, khoảng 15% là các hợp
chất nhóm Trihalometan - THM và axit axetic halogen (HAA) hóa đều là các
chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế nồng độ nghiêm ngặt.
Phương pháp này có những hạn chế như tiêu tốn nhiều hóa chất, giá
thành xử lý cao lại sinh ra nhiều hợp chất clo độc hại. Ngoài ra, với lượng clo
cần dùng rất lớn, vấn đề an toàn cũng là vấn đề cần được lưu ý. Đây là những
lý do khiến phương pháp này không còn được sử dụng để xử lý amoni trong
nước thải.
1.4.2.2 Phương pháp thổi khí ở pH cao
Amoni trong nước tồn tại dưới dạng cân bằng:
NH4+ ↔ NH3(khí hòa tan) + H+ với pKα = 9,5
Như vậy, ở pH gần 7 chỉ có một lượng rất nhỏ khí NH 3 so với amoni.
Nếu nâng pH tới 9,5 tỷ lệ [NH3]/[NH4+] = 1, và càng tăng pH cân bằng càng
chuyển về phía tạo thành NH3. Khi đó nếu áp dụng các kĩ thuật sục thổi khí
thì NH3 sẽ bay hơi theo định luật Henry, làm chuyển cân bằng về phía phải:
NH4+ + OH- ↔ NH3↑ + H2O
Trong thực tế pH phải tăng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi NH3 ở
mức 1600 m3 không khí/ 1m3 và quá trình rất phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trường. Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, tuy nhiên khó có thể
xử lý triệt để N-amoni trong nước như: phương pháp trao đổi ion, phương
pháp ozon hóa với chất xúc tác Bromua [6]. Tuy nhiên, chi phí xử lý của các

phương pháp này quá cao, cũng như hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiều vào thành
phần của nước nên không phù hợp trong xử lý nước thải.

Sinh viên: Trần Thị Nga

17

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 24 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học


Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page 25 of 103.

Khóa luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

1.4.2.3 Phương pháp sinh học
Ngày nay, phương pháp sinh học đã trở thành phương pháp chủ đạo
trong xử lý nitơ trong nước thải, do những ưu điểm của nó như sau:
 Hiệu quả xử lý đạt rất cao, có thể đạt 90 - 99%.
 Ít sử dụng hóa chất, chi phí năng lượng cho một đơn vị thể tích xử lý
thấp so với các phương pháp khác và do những ưu điểm trên nên
phương pháp sinh học mang tính kinh tế cao.
Trong phương pháp này, amoni sẽ bị chuyển hóa thành nitrat rồi N2 nhờ
hoạt tính của vi sinh vật trong tự nhiên. Cơ sở lý thuyết cũng như các sơ đồ
công nghệ được áp dụng trong xử lý nitơ trong nước thải được trình bày chi
tiết trong phần tiếp theo.
1.4.3 Xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Cơ sở lý thuyết của các quá trình sinh học xử lý nitơ trong nước thải.
Bước 1: xử lý sơ bộ:
- Nước thải sinh hoạt chảy vào hệ thống thu gom nước thải và chảy vào
bể gom - điều hòa. Trước khi vào bể gom nước thải được cho qua hệ thống
tách rác thô loại bỏ hết các loại rác lớn như bao bì, giấy vụn...
- Ở bể gom điều hòa có thể có hệ thống sục khí dưới đáy bể để làm
thoáng nước thải và khuấy trộn đồng đều nồng độ nước thải khi bước vào các
bước xử lý tiếp theo.
- Ở bể gom đặt 2 máy bơm nước thải trong đó 1 máy bơm chạy và 1 máy
bơm dự phòng các máy bơm này hoạt động theo chế độ bằng tay hoặc tự động
theo nước trong bể. Bơm nước thải có gắn biến tần nên rất thuận lợi cho quá
trình điều chỉnh lưu lượng nước thải.
Bước 2. Xử lý sinh học
- Điều kiện: môi trường sống cùng quần thể sinh vật phân hủy các chất
hữu cơ trong nước thải.
Sinh viên: Trần Thị Nga

18

Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page 25 of 103.

Lớp K35C - Hóa Học