Amoni là gì – Các phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni

Amoni là gì

Amoni là dạng ion hóa của amoniac, là chất hữu cơ tự nhiên được hình thành trong quá trình phân hủy protein, chất thải phân, chất thải nước tiểu và từ các hợp chất chứa nito khác.

Amoniac rất hòa tan trong nước. Nó được loại bỏ khỏi không khí bởi lượng mưa và dễ dàng xâm nhập vào đất nơi nó được thực vật hấp thụ trong sản xuất protein. Amoni quá mức trong nước hoặc đất gây chế cho cây trồng. Vì tính hòa tan của nó, amoniac quá mức có thể xâm nhập vào đất sâu hơn và cuối cùng đạt đến nước ngầm. Trong một số trường hợp, một phần amoni có thể được chuyển đổi thành nitrit và nitrat trước hoặc sau khi nó đến nước ngầm.

Tác hại của amoni trong nước sinh hoạt

Tác hại của các hợp chất chứa nitơ đối với con người

Các hợp chất chứa nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ, nitrit, nitrat và amoni.

Amoni thực ra không quá độc đối với con người. Ở trong nước ngầm, amoni không thể chuyển hóa được do thiếu oxi.Nhưng khi khai thác lên, vi sinh vật trong nước nhờ oxi trong không khí chuyển amoni thành các nitrit (2NO-), và nitrat (NO3-) tích tụ trong nước ăn.

Các hợp chất chứa nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho cơ thể người sử dụng nước.Trong những thập niên gần đây, nồng độ NO3-trong nước uống tăng lên đáng kể. Nguyên nhân là do việc sử dụng phân đạm vô cơ tăng, gây rò rỉ 3NO-xuống nước ngầm. Hàm lượng NO3-trong nước uống tăng gây ra nguy cơ về sức khỏe đối với cộng đồng. Bản thân NO3-không gây rủi ro cho sức khỏe, tuy nhiên NO3-chuyển thành NO2-và gây độc. NO2-ảnh hưởng đến sức khỏe với hai khả năng sau: chứng máu Methaemo-globin và bệnh ung thư.

Chứng máu Methaemo-globinaemia: Đâylà hội chứng xanh xao trẻ em Methemo-globin hình thành là do sắt hoá trị 2 của hemoglobin (trong hồng cầu bình thường) bị ô xi hoá thành sắt hoá trị 3 tạo thành methemo-globin không còn khả năng vận chuyển oxy nữa dẫn đến hiện tượng thiếu ô xi trong máu và gây ratình trạng tím tái.Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ hoặc qua nước dùng để pha sữa.

Sau khi đi vào cơ thể, nitrat được chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột, ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người. Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. Các nitrit tác động lên huyết sắc tố Hemoglobin (Hb) có nhiệm vụ vận chuyển oxy, biến nó thành Methamoglobin (Met-Hb) không có khả năng chuyển được oxy. Nhờ hệ men đặc biệt Met-Hb có thể chuyển thành Oxy-Hemoglobin (Oxy-Hb). Ở trẻ nhỏ, Met-Hb không thể chuyển thành Oxy-Hb vì ở trẻ sơ sinh hệ men cần thiết chưa phát triển đầy đủ. Ở trẻ sơ sinh, nước dạ dày ít, các khuẩn tạo ra nhiều nitrit. Mặt khác, dạ dày trẻ em sơ sinh kém axit nên không ngăn cản được nitrat chuyển hóa thành nitrit. Kết quả là một lượng lớn nitrit chiếm lấy huyết sắc tố và biến thành Met-Hb, mất khả năng vận chuyển oxy đến mô, làm trẻ xanh xao, bệnh tật, ốm yếu, thiếu máu, khó thở do thiếu oxy tổng máu (bệnh Blue Babay). Đến một giai đoạn nào đó khi nhiễm amoni nặng sẽ gây ngộp thở và tử vong nếu không cấp cứu kịp thời.

Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cũng như các tiêu chuẩn của Bộ Y tế Việt Nam đã đề ra mức giới hạn 3 và 50mg/Lđối với nitrit và nitrat tương ứng nhằm ngăn ngừa bệnh mất sắc tố máu (methaemoglobinaemia) đặc biệt đối với trẻ sơ sinh dưới 3 tháng tuổi

Bệnh ung thư: Đối với người lớn, NO2-kết hợp với các amin và axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất Nitrosamin hay Nitrosamit. Các hợp chất này có thế gây tổn thương di truyền tế bào, đột biến gien lànguyên nhân gây bệnh ung thư. Những thí nghiệm cho NO2-vào thức ăn, nước uống của chuột thỏ với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng và dạ dầy của chúng.

Tác hại của các hợp chất chứa Nito đối với sản xuất

Amoni có mặt trong nước ngầm làm giảm hiệu quả của khâu khử trùng bằng clo, do nó phản ứng với clo để tạo thành cáccloramin, có tác dụng sát khuẩn yếu hơn nhiều so với clo (khoảng 1000 lần). Ngoài ra, nó còn làm giảm khả năng xử lý sắt, mangan bằng công nghệ truyền thống [11].Amoni là nguồn dinh dưỡng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật nước, kể cả tảo, phát triển nhanh, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước thương phẩm, đặc biệt là độ trong, mùi, vị trong nước.

Amoni trong nước

Khi hòa tan trong nước, amoniac tạo thành cation amoni, các ion hydroxyl được hình thành cùng lúc. Mức độ ion hóa phụ thuộc vào nhiệt độ, độ PH và nồng độ muối hòa tan trong nước.

Lúc này trong nước sẽ diễn ra quá trình nitrat hóa – quá trình vi sinh vật làm giảm các hợp chất nito (chủ yếu là amoniac)được tuần tự oxy hóa thành nitrit và nitrat. Quá trình nitrat hóa chủ yếu được thực hiện bởi hai nhóm vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng có thể tạo ra các phân tử hữu cơ sử dụng nặng lượng thu được từ nguồn vô cơ, trong trường hợp này là amoniac hoặc nitrite.

Trong bước đầu tiên của quá trình nitrat hóa, vi khuẩn oxy hóa amoniac thành nitrit sau dó trong bước thứ 2 của quy trình, vi khuẩn oxy hóa nitrit thành nitrat.

Các phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni

Phương pháp sinh học xử lý nước nhiễm Amoni

Điều kiện sử dụng:Điều kiện phát triển vi khuẩn oxy hóa sinh học amoni thành nitrit, tiếp theo thành nitrat là:

• Phải có lượng oxy đủ lớn để oxy hóa Amoni NH₄ thành NO₃
• Có lượng phốt phát bổ sung để bảo đảm sự tăng trưởng của vi khuẩn
• Nồng độ hydrogen cacbonat đủ lớn cho các vi khuẩn tự dưỡng và cacbon cần thiết cho sự phát triển của chúng
• PH phù hợp >7,5
• Có vật liệu đỡ
• Có nhiệt độ đủ lớn. Dưới 10⁰C sự trao đổi chất của vi khuẩn giảm rất nhanh, quá trình oxy hóa Amoni bị hãm lại (với việc sinh ra nitrit) thậm chí bị ức chế hoàn toàn ở dưới 4⁰C
• Không có các chất khử trùng dư thừa.

Xử lý nước nhiễm Amoni bằng thiết bị lọc dùng vật liệu Pouzolanc

Vật liệu này có giá rẻ, TE sử dụng lớn (>1cm). Trong quá trình vận hành, gây nên tăng tổn thất áp lực nhỏ nhưng đồng thời hầu như không có khả năng rửa vật liệu trong bộ lọc, khi cáu cặn của vật liệu đạt tới giá trị không cho phép để bảo đảm sự làm việc tốt của thiết bị nitrat hóa.

Thau rửa có thể thực hiện theo 2 cách:

Thau rửa bằng cách ngâm trong nước chứa clo thực hiện định kỳ để hạn chế sự phát triển vi khuẩn và tích tụ bùn sinh học. Tiếp theo quá trình ngâm là súc rửa bằng nước thô và tháo nước lọc đầu đã xử lý trong thời gian cần thiết để khởi động lại phải ứng nitrit và nitrat hóa.

Cứ 2 hoặc 3 năm vật liệu được đưa ra khỏi bể nitrit hóa để rửa có hiệu quả hơn, tránh lẫn vào khối lớp lọc

Xử lý nước nhiễm Amoni bằng kỹ thuật của hãng DEGREMONT sử dụng tác dụng trên bể phản ứng NITRAZURN.

Thiết bị gồm:

• Một bể dự trữ nước thô
• Một bể xử lý bằng ozone sơ bộ: Tỷ lệ xử lý lớn nhất dự định bằng 0,5g/m³ với thời gian tiếp xúc là 3 phút. Xử lý sơ bộ bằng ozone có tác dụng làm thoáng nước (tăng oxy hòa tan từ 0 -8g/m³) có oxy hóa sắt và mangan.
• Nitrat hóa sinh học
• Thiết bị lọc Nitrat hóa kích thước cụ thể theo từng công suất
• Chiều dịch chuyển: Dòng nước đi xuống, không khí và nước ngược chiều nhau
• Vật liệu lọc BIOLITEL, chiêù cao lớp lọc 2m
• Không khí nitrat hóa: Tỷ lệ thể tích không khí/nước thay đổi từ 0,5 -1
• Axit photphoric với liều lượng 0,2g/m³ khi cần thiết
• Bể axit hóa
• Ozon hóa: giai đoạn ozon hóa này để cải thiện chất lượng của nước, nó cũng cho phép khử hoạt tính của virut, oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ để loại bỏ chúng bằng phương pháp sinh học khi chuyển qua lớp hạt than hoạt tính
• Lọc trên than hoạt tính với chiều cao lớp lọc 0,9m
• Khử trùng bằng dioxit clo

Xử lý nước nhiễm cả Amoni và sắt, mangan

Đó là nước chứa nhiều dinh dưỡng cũng đồng thời chứa một lượng chất hữu cơ. Quy tắc xử lý chung là:

• Ở mỗi giai đoạn xử lý, điều quan trọng là phải theo dõi lượng oxy hòa tan sẵn có cũng như thế oxy hóa khử của môi trường phù hợp tốt với điều kiện cho mỗi một nguyên tố
• Sắt và Amoni có mặt đồng thời: Trong nhiều trường hợp Amoni chỉ có thể bị oxy hóa sau khi đã loại bỏ sát
• Amoni và Mangan cùng có mặt: Nếu lượng Amoni quá lớn thì thế oxy hóa khử ở giữa vật liệu lọc có thể giảm đến giá trị nào đó mà không có khả năng loại bỏ mangan. Trong trường hơp này cần xử lý thành 2 giai đoạn: Mangan là nguyên tố được loại bỏ cuối cùng sau sắt và Amoni
• Đối với nước mặt  cần phải xử lý làm trong nước kèm theo lọc thì phải nitrat hóa ở nhiều giai đoạn. Ví dụ dự trữ nước thô, lắng tiếp xúc qua lớp cặn lơ lửng, bộ lọc cát, bộ lọc than hoạt tính.

Phương pháp hóa lý xử lý nước nhiễm Amoni

Tách Amoni và chưng cất

Loại bỏ Amoni từ nước có thể được thực hiện bằng tách khí hoặc chưng cất bằng hơi nước.

Trong quá trình khử amoniac vôi hoặc số chất khác được thêm vào nước cho đến khi PH đạt 10,8 – 11,5, các ion amoni hydroxit chuyển thành khí amoniac theo phản ứng cân bằng

NH₄⁺ + OH^–  ⇒ H₂O + NH₃

Hiệu quả của việc tách amoniac phụ thuộc chủ yếu vào PH và nhiệt độ ngoài các tiêu chí về kích thước của quy trình (ví dụ tỷ lệ chất lỏng, tỷ lệ không khí/chất lỏng, …)

Tách khí là phổ biến và thường được áp dụng hơn chưng cất , đây là một quá trình khá giống nhau với sự khác biệt là nó đòi hỏi nhiệt độ hoạt động cao hơn 95⁰C. Chưng cất thường được áp dụng khi thu hồi amoniac sử dụng cho mục đích khác.

Cần xem xét rằng việc phân tán amoniac tự do vào khí quyển có thể không được chấp nhận ở nhiều khu vực do những lo ngại hoặc quy định về chất lượng không khí, trong những trường hợp như vậy các thiết bị tách khí bố trí kết hợp với các tháp hấp thụ thu được khí amoniac thoát ra. Trong một số cơ sở, sự hấp thụ vào các dung dịch axit sunfuric cho phép sản xuất amoni sunfat, có thể tạo thành sản phẩm thương mại (phân bón)

Tách khí là một hoạt động tương đối đơn giản, vì nó chỉ yêu cầu độ PH và nhiệt độ ổn định. Nhược điểm của nó chủ yếu liên quan đến sự hình thành canxi cacbonat trên tháp khử khí dẫn đến giảm dần hiệu suất tách khí vì vậy cần làm sạch hóa học thường xuyên

Tách khí amoni thường được sử dụng trong xử lý nước rác thải đô thị, bãi rác hoặc nước ngầm bị ô nhiễm bởi nước từ rác thải.

Dưới đây là một ví dụ về quy trình xử lý nước nhiễm Amoni bằng tách khí a) và hơi nước b)

Chưng cất là một giải pháp khả thi khác để thu hồi ammoniac. Quá trình này có thể được áp dụng trong trường hợp dòng chảy lớn và khi nhiệt thải có sẵn. Quá trình chưng cất chân không đã được áp dụng để thu hồi amoniac từ phần trăm của bùn được phân hủy, sử dụng là nguồn nhiệt khí sinh học được tạo ra bởi quá trình phân hủy kỵ khí

Sơ đồ chưng cất điển hình để thu hồi Amoniac

Bằng cách vận hành quá trình ở PH=9,5 và 60⁰C trong chân không có thể loại bỏ amoni khoảng 1000 mg NH₃. Các kết hợp khác của nhiệt độ và PH đạt được cho phép quá trình tách khí hiệu quả. Sản phẩm chưng cất giàu amoniac là một sản phẩm bán trên thị trường hoặc nó có thể được chuyển đổi thành dung dịch amoni sunfat. Nếu muốn, một giải pháp như vậy có thể được cô đặc hơn nữa, sử dụng nhiều giai đoạn chưng cất chân không. Theo kết quả ở quy mô thí điểm thu được nước bun đã được phân hủy và nước rỉ rác ở các nồng độ khác nhau, quá trình này hoạt đọng theo động học bậc 1 đối với nồng độ amoniac, do đó có thể loại bỏ 90% lượng amoniac.

Phương pháp kết tuả Amoniac như Struvite

Kết tủa amoniac như Magie Ammonium Phosphate MAP cũng được đặt tên là Struvite đã được nghiên cứu và thực hiện cho các loại chất thải khác nhau như nước thải thuộc da của ngành công nghiệp da và trong các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp, từ các nhà máy than cốc và các công trình nito đến trang trại lơn, bùn thải rượu và nước rỉ bãi rác.

Phản ứng như sau:

Mg²⁺+ PO₄^3- + NH₄⁺ + 6 H₂O ⇒  MgNH₄PO₄.6H₂O

MAP có độ hòa tan trong nước thấp (0,169 g/l ở 25⁰C) và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. MAP được hình thành về mặt lý thuyết là kết tủa, do MAP có thành phần tương tự của Mg, P và N nên nó có thể sử dụng thay cho phân bón thương mại.

Các phản ứng hóa học cơ bản cho sự hình thành MAP như sau:

MgCl₂.6H₂O + Na₂HPO₄.12H₂O + NH₄⁺ ⇒ MgNH₄PO₄.6H₂O + 2 NaCl

Các công nghệ lò phản ứng công nghiệp được sử dụng nhiều nhất cho kết tủa Struvite là lò phản ứng khối lỏng và bể khuấy, đây là loại dễ nhất để thiết lập và vận hành. Lò phản ứng khối hóa lỏng khó kiểm soát hơn vì chúng cần dòng chảy ổn định để giữ cho khối lỏng. Một số quy trình công nghiệp độc quyền hiện đang được thương mại hóa.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ của một quá trình kết tủa struvite với lò phản ứng tầng sôi được áp dụng trong một nhà máy quy mô đầy đủ ở Mỹ

NaOH và MgCl₂ được thêm vào phần nổi của một bể xử lý bùn có hàm lượng N và P cao. Kết quả được đưa đến lò phản ứng tầng sôi. Phần trên bao gồm một giai đoạn làm rõ trong khi các phần hình trụ thấp hơn là các giai đoạn trong đó kết tủa struvite. Các hạt MAP nhỏ tập hợp dần dần tạo thành các hạt lớn rơi xuống đáy lò phản ứng, nơi chúng được thu gom và tái sử dụng làm phân bón.

Phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni và nitrat bằng trao đổi ion

Trao đổi ion bằng zeolite là một quy trình công nghệ đơn giản để loại bỏ amoniac. Zeolit có cấu trúc xốp có thể chứa nhiều loại cation khác nhau. Các zeolite tự nhiên được sử dụng đặc biệt là Clinicoptilolite và modernite. Clinoptilolite, zeolite silic cao phổ biến và phong phú nhất thường được sử dụng làm môi trường trao đổi ion. Nó có hệ thống kênh 2 chiều cho phép khoáng chất hoạt động như một sàng phân tử. Vì lý do này, nó có khả năng hấp thụ và trao đổi ion cao, chọn lọc trao đổi ion, hoạt động xúc tác và ổn định nhiệt độ cấu trúc lên tới 700 -750⁰C. Các zeolite tổng hợp cũng được sản xuất và chúng có một số lợi thế chính so với các chất tương tự tự nhiên của chúng, vì chúng được sản xuất ở trạng thái đồng nhất, pha tinh khiết. Nguyên liệu chính được sử dụng để sản xuất zeolite là silica và alumina, một trong những thành phần khoáng chất phong phú nhất trên trái đất, do đó tiềm năng cung cấp zeolite tổng hợp hầu như không giới hạn.

Cơ chế loại bỏ amoniac -nito bằng Clinicoptilolite dựa trên trao đổi ion cation. Nhưng amoniac cũng có thể đươc loại bỏ thông qua sự hấp phụ trong các lỗ cấu trúc của zeolite. Hiệu quả của việc xử lý nước nhiễm Amoni bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì hiệu quả loại bỏ càng cao. Về độ PH, khả năng loại bỏ của Clinicoptilolite xấp xỉ không đổi trong khoảng từ 4-8 và giảm nhanh chóng nếu ngoài phạm vi này. Clinicoptilolite và các khoáng chất zeolite khác dễ dàng hấp thụ kali, amoniac, canxi, natri, magie và các ion khác. Do đó nồng độ cation cao của dung dịch sẽ làm giảm khả năng loại bỏ amoniac.

Sơ đồ đơn giản hóa quá trình sử dụng trao đổi ion zeolit để loại bỏ amoniac

Sử dụng trao đổi ion để xử lý nước nhiễm Amoni có thể loại bỏ được trung bình đến 95,7% amoniac. Một ưu điểm khác của zeolite khi xử lý nước nhiễm amoni là độ xốp cao khi so sánh với các khoáng chất khác, điều này dẫn đến tính chất thủy động lực tốt và tính chất hấp phụ đồng thời nó còn cho phép hấp thụ các chất gây ô nhiễm khác.

Cả zeolite tự nhiên và tổng hợp đều có thể được tái sinh bằng các dung dịch chứa nồng độ ion canxi cao. Chất tái sinh là một thể tích chất lỏng tương đối nhỏ với nồng độ amoniac cao

Quá trình trao đổi ion cũng có hiệu quả trong việc loại bỏ nitrat. Các ứng dụng này chủ yếu trong lĩnh vực cấp nước sử dụng hạt nhựa tổng hợp. Vì các loại hạt nhựa trao đổi anion thông thường có ái lực cao hơn với sunfat và các loại anion khác,nên các loại nhựa anion mạnh chọn lọc nitrat với nhóm chức triethylamine hoặc Tributylamine.

Các nhóm ethyl buộc chọn lọc nitrat hơn sunfat có khả năng loại bỏ hơn 90% nitrat có trong nước. Các loại nhựa này được tái sinh bằng NaCl hoặc KCl.

Phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni bằng than hoạt tính

Than hoạt tính thường được sử dụng để hấp phụ khí amoniac, trong khi hấp phụ pha nước thường được coi là không hiệu quả do ái lực mạnh của amoniac với nước. Hấp phụ amoniac trong nước bằng than được cacbon hóa ở 400⁰C, sau đó được xử lý bằng axit sunfuric loãng để tăng cường tính chất hấp phụ của nó. Khả năng hấp phụ của nó được đánh giá thông qua một đường đẳng nhiệt hấp phụ trong khoảng 8,5mg than tương ứng với nồng độ cân bằng amoniac là 5mg

Sự hình thành của chloramine và loại bỏ chúng bằng than hoạt tính cũng thường được biết đến. Chloramines được hình thành bằng cách thêm clo hoặc các sản phẩm phụ của nó vào nước có hàm lượng amoniac. Các phản ứng là:

HOCl + NH₃   NH₂Cl + H₂O (monochloramine)

HOCl + NH₂Cl    NHCl₂ + H₂O (dichloramine)

HOCl+NHCl₂   NCl₃+ H₂O (nitrogen trichloride)

Sự hình thành của các chloramine phụ thuộc vào cả PH và tỷ lệ mol Cl₂:NH₄. Ở PH 7-8, Cl₂:  NH4⁺>1,8 dichloramine chiếm ưu thế và ngược lại với Cl₂:  NH4⁺<0,7 thì monochloramine là phổ biến.

Chloramine có sức mạnh khử trùng nhưng chúng có tác động tiêu cực đến mùi vị và mùi của nước và một số tác động độc hại đối với sức khỏe con người. Do đó việc loại bỏ chúng bằng than hoạt tính thường được thực hiện trong các nhà máy xử lý nước uống và trong một số trường hợp sử dụng trong nhà máy xử lý nước thải để bảo vệ hệ sinh thái của nước.

Than hoạt tính không thực sự hấp thụ chloramines mà hoạt động như một chất xúc tác cho sự phân hủy hóa học của chúng. Phản ứng xúc tác này liên quan đến sự hình thành một oxu của cacbon trung gian. Kích thước lưới mịn của thanh hoạt tính loại bỏ chloramines hiệu quả hơn so với loại thô vì chúng có diện tích bề mặt lớn hơn và cho phép truy cập nhanh hơn vào các vị trí xúc tác. Ngoài ra than hoạt tính được lựa chọn với các vị trí để hình thành CO giúp cải thiện việc loại bỏ chloramine. Khi sử dụng than hoạt tính mới, liều lượng ban đầu bằng clo để oxy hóa trước cacbon có thể giúp loại bỏ chloramine hiệu quả hơn

Phương pháp xử lý nước nhiễm amoni bằng cách sử dụng clo hóa đến điểm dừng để loại bỏ amoniac

Clo hóa đến điểm dừng là một quá trình được sử dụng rộng rãi để oxy hóa amoniac thành khí nito do đó có thể loại bỏ chúng khỏi nước. Quá trình này chỉ thực tế như một kỹ thuật đánh bóng nước thải không phải để loại bỏ hàm lượng nito cao. Khi clo được thêm vào nước thải có chứa amoniac -nito, ban đầu nó sẽ phản ứng với axit hypochlorous để tạo thành chloramine. Tiếp tục bổ sung clo sau “điểm dừng” (xảy ra khi clod ư được hình thành) chuyển đổi chloramine thành khí nito.

Phản ứng điểm dừng tổng thể như sau:

NH₄⁺ + 1.5 HOCl    0.5 N₂ + 1.5 H₂O + 2.5H⁺+1.5 Cl^–

Về mặt cân bằng hóa học, cần có tỷ lệ trọng lượng Cl₂: NH₄ là 7,6:1 để oxy hóa amoniac thành khí nito. Hình dưới đây cho thấy một đường cong điểm dừng lý thuyết

Vùng 1 liên quan đến phản ứng của clo và amoniac tạo thành monochloramin, vùng 2 có liên quan đến sự gia tăng dichloramine và sự biến mất của NH₃. Vùng 3 liên quan đến sự xuất hiện của clod ư sau điểm dừng. Nồng độ amoniac bắt đầu giảm ở khoảng Cl₂:NH₃  bằng 5, cho đến khi nó gần như hoàn toàn vắng mặt ở điểm dừng. Thông thường người ta chấp nhận rằng khi clo tăng lên từ 0 đến điểm ngoặt trong đường cong, monochloramine đang được hình thành. Phần giảm của đường cong điểm dừng là nơi dichloramine được hình thành, sau đó phân hủy để tạo ra khí nito dẫn đến giảm nồng độ nito amoniac.

Thiết kế các thành phần cơ học của hệ thống clo hóa điểm dừng khá đơn giản. Phản ứng đầu tiên giữa amoniac và clo xảy ra nhanh chóng và không có tính năng thiết kế đặc biệt nào là cần thiết. Thời gian tiếp xúc tối thiểu là 10 phút. Kích thước của thiết bị và nồng độ clo phụ thuộc vào nồng độ amoniac cũng như yêu cầu sau xử lý. Nếu không đủ clo để đến điểm dừng , không có sự hình thành khí nito và chloramine hình thành phải được phá hủy trước khi thải.

Thiết kế nên cho phép liên tục theo dõi nước để đạt clo dư sau khi bổ sung và để tăng tốc độ cấp clo để duy trì lượng clo dư. Khi clo hóa đến điểm dừng cần chú ý đến sự hình thành có thể của axit dư thừa và loại bỏ clo trong nước bằng cách khử clo.

Về mặt lý thuyết, cần có 14,3mg/l độ kiềm như CaCO₃ để trung hòa axit HCl được tạo ra bởi quá trình oxy hóa 1mg/l khí amoniac – nito. Để duy trì PH trên 6,3 ít nhất 2 lần kiểm tra độ kiềm lý thuyết này là cần thiết. Ngoại trừ nước thải có độ kiềm cao và hệ thống xử lý sử dụng phương pháp đông tụ bằng vôi trước khi khử trùng bằng clo, thiết kế thường bao gồm các phương tiện để đưa hóa chất kiềm vào dòng nước thải, để duy trì PH trong phạm vi thích hợp. Độ PH cần được theo dõi cẩn thận và liên tục. Trên thực tế việc tăng PH đơn giản sẽ không khắc phục được vấn đề, nếu PH tăng trên 8 điểm dừng sẽ chỉ đạt được rất chậm. Nếu NaOCl được sử dụng thay vì Cl₂ yêu cầu về độ kiềm giảm 75%. Khử clo có thể được yêu cầu như là một quá trình đồng hành với clo hóa điểm dừng.

Phương pháp xử lý nước nhiễm Amoni bằng quá trình oxy hóa nâng cao

Nhiều quá trình oxy hóa để chuyển đổi amoniac và nito hữu cơ thành khí nito hoặc nitrat đã được đề xuất và áp dụng như: Ozone hóa, oxy hóa peroxone, oxy hóa không khí ướt xúc tác, oxy hóa quang hóa và oxy hóa điện hóa.

Xử lý nước nhiễm Amoni bằng ozone hóa

Ozone hóa là một trong những phương pháp để oxy hóa nồng độ amoniac thấp thành nitrat. Phản ứng có thể được biểu thị như sau:

NH₃+4O₃    H⁺+ NO₃^– +H₂O + 4O₂

Tuy nhiên do sự tồn tại của ozone trong nước khá ngắn (thời gian bán hủy của nó là khoảng 15 phút ở mức 298K và PH=7) tốc độ phản ứng của nó với amoniac là chậm

Một quá trình oxy hóa tiên tiến hơn bằng cách sử dụng hỗn hợp ozone và hydro peroxide như chất oxy hóa kết hợp (được gọi là quá trình oxy hóa peroxone) cũng có thể có hiệu quả để loại bỏ amoniac từ nước.

Động lực học kết hợp của quá trình oxy hóa ozone và peroxone truyền thống (hỗn hợp hydro peroxide) của amoniac trong các dung dịch kiềm cũng được nghiên cứu. Phản ứng ozone hóa bị chi phối bởi quá trình oxy hóa trực tiếp amoniac với các phân tử ozone. Động học tổng thể là thứ 2 với thứ tự đầu tiên trong ozone và amoniac.

Người ta đã phát hiện ra rằng ozone hóa sử dụng với các bong bóng siêu nhỏ thay vì một hệ thống truyền thống làm tăng hiệu quả loại bỏ amoniac nhờ:

• Một khu vực giao thoa khí lớn hơn
• Tốc độ tăng bong bóng chậm hơn
• Thời gian lâu hơn
• Lượng ozone nhỏ hơn cần thiết do sự tạo ra các gốc hydroxyl chịu trách nhiệm oxy hóa chất ô nhiễm.

Trên thực tế độ hòa tan của ozone trong nước cao hơn nhiều lần so với oxy. Do đó, khi hỗn hơn ozone và oxy được truyền vào nước dưới dạng các bong bóng siêu nhỏ, ozone sẽ hòa tan trong nước, các gốc hydroxyl tự do được tạo ra từ sự sụp đổ các bong bóng trong điều kiện axit mạnh, kết quả là khả năng oxy hóa amoniac của các gốc này tăng lên. Người ta cũng phát hiện ra rằng dung dịch amoniac đã bị oxy hóa hiệu quả bởi các bọt khí ozone trong điều kiện kiềm.

Quá trình ozone hóa vi bọt là một quá trình nhanh chóng và có thể được sử dụng để xử lý nước nhiễm Amoni ở quy mô lớn và ở phạm vi PH rộng. Sau khi quá trình ozone hoàn thành, ozone tự phân hủy thành oxy mà không đưa thêm bất kỳ chất ô nhiễm mới nào vào nước và chỉ để lại các sản phẩm oxy hóa.

Bài viết tham khảo:

• Phương pháp xử lý nước sinh hoạt ăn uống nhiễm Nitrat Nitrit