Hiện nay, “nitơ” là một chủ đề quan trọng không thể tránh khỏi trong ngành xử lý nước thải. Nhiều người vận hành nhà máy xử lý nước thải chú ý nhiều nhất đến nitơ, cao hơn nhiều so với COD và phốt pho, vì độ khó loại bỏ nó là cao nhất. Trong quá trình vận hành, họ theo dõi các chỉ số nitơ này hàng ngày: nitơ amoniac, nitơ tổng số, nitơ nitrat và nitơ nitrit.
Nhưng nếu bất chợt hỏi: Trong nước thải có bao nhiêu loại nitơ? Mối quan hệ của họ là gì?
Nhiều người thực sự có thể sửng sốt trong giây lát. Hầu hết mọi người chỉ hiểu rõ về "nitơ amoniac, nitơ tổng số" và không rõ ràng về mối quan hệ giữa các loại nitơ khác. Liệt kê các chỉ số nitơ mà chúng ta có thể tiếp xúc trong xử lý nước thải, bao gồm nitơ amoniac, nitơ tổng, nitơ hữu cơ, nitơ vô cơ, nitơ nitrat, nitơ nitrit và nitơ Kjeldahl,
Với rất nhiều chỉ số nitơ, mối quan hệ giữa ai tương tác với ai, ai tương tác với ai và ai bao gồm ai rất phức tạp. Trên thực tế, nitơ không phải là một chất đơn giản có trong nước thải mà là một hệ thống gia đình luôn thay đổi. Nếu coi việc xử lý nước thải là một cuộc hành trình thì nitơ trong nước thải cũng đang trải qua một “cuộc sống” riêng. Hôm nay trong bài viết này, chúng ta sẽ phân loại các mối quan hệ phức tạp có liên quan.
Nitơ trong nước thải thực sự có thể được chia thành hai loại
Từ góc độ phân loại rộng, nitơ trong nước thải chủ yếu được chia thành hai loại:
nitơ hữu cơ
nitơ vô cơ
Hiểu hai loại nitơ này là bước đầu tiên để tìm hiểu các dạng nitơ trong nước thải.
Trước tiên hãy nói về nitơ hữu cơ. Nói một cách đơn giản, nitơ hữu cơ là nitơ ẩn trong chất hữu cơ
Ví dụ
chất đạm
axit amin
urê
amin hữu cơ
Hợp chất peptit
Hợp chất nitơ
Những chất này rất phổ biến trong nước thải sinh hoạt, nước thải thực phẩm và nước thải nuôi trồng thủy sản.
Ví dụ, một miếng thịt, một bát cơm thừa, nước rửa rau, phân người đều chứa một lượng lớn nitơ hữu cơ.
Và một loại nữa là: nitơ vô cơ
Có ba dạng nitơ vô cơ chính trong nước thải:
nitơ amoniac
Nitrit nitơ
Nitrat nitơ
Ba loại nitơ này là những dạng thiết yếu nhất trong quá trình xử lý nước thải. Nhiều khi, các chỉ số chúng tôi kiểm tra thực sự tập trung vào ba loại nitơ này.
Nitơ hữu cơ: “dạng nguyên thủy” của nitơ
Khi bắt đầu đưa vào nhà máy xử lý nước thải, phần lớn nitơ thực chất là nitơ hữu cơ.
Bởi vì bản thân nước thải sinh hoạt chứa đầy các hợp chất hữu cơ khác nhau.
Các hợp chất nitơ hữu cơ này sẽ không bị loại bỏ trực tiếp mà trước tiên chúng sẽ trải qua quá trình: amoni hóa
Nói một cách đơn giản, vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.
Trong quá trình này, các chất như protein và axit amin bị phân hủy dần dần, cuối cùng giải phóng ra một chất rất quen thuộc: nitơ amoniac. Do đó, trong các hệ thống xử lý nước thải, người ta thường thấy tình trạng nitơ amoniac không giảm mà lại tăng lên. Nhiều người mới vận hành sẽ rất lo lắng khi nhìn thấy dữ liệu này vì nghĩ rằng hệ thống có vấn đề. Thực ra điều đó là không cần thiết, đôi khi chỉ là do nitơ hữu cơ trong hệ thống đang bị phân hủy.
Nói cách khác, nitơ hữu cơ đang chuyển hóa thành nitơ amoniac. ,
Nitơ amoniac (NH ∝ - N): chỉ tiêu quen thuộc nhất cho các nhà máy xử lý nước thải
Nếu nitơ trong nước thải có “nhân vật chính” thì đó phải là nitơ amoniac. Bởi hầu như tất cả các nhà máy xử lý nước thải đều sẽ chú trọng đến chỉ số này. Có hai lý do tại sao nitơ amoniac lại quan trọng.
Một lý do là nó có tác động đáng kể đến môi trường. Sau khi vào nước, nitơ amoniac tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan và cũng có thể gây độc cho cá.
Một lý do khác là nitơ amoniac là điểm khởi đầu của phản ứng khử nitrat.
Trong các hệ thống xử lý sinh học, nitơ amoniac được sử dụng bởi một loại vi khuẩn đặc biệt gọi là vi khuẩn nitrat hóa
Trong điều kiện hiếu khí, vi khuẩn nitrat hóa sẽ oxy hóa dần nitơ amoniac. Tuy nhiên, quá trình này không được hoàn thành trong một bước. Nhưng đó là một quá trình gồm hai{2}}bước.
Nitơ nitrit (NO ₂⁻ - N): "trạm trung gian" trong quá trình khử nitrat
Sản phẩm đầu tiên của quá trình oxy hóa nitơ amoniac là nitơ nitrit, thực tế không ổn định trong nhiều nhà máy xử lý nước thải. Bởi vì một khi đã hình thành, nó thường tiếp tục bị oxy hóa nhanh chóng.
Nhưng trong một số trường hợp, nitơ nitrit có thể tăng đột ngột.
Ví dụ
Hệ thống nitrat hóa bị ảnh hưởng
Thiếu oxy hòa tan
thay đổi nhiệt độ
Tuổi bùn không ổn định
Tại thời điểm này, nitơ nitrit có thể tích tụ trong hệ thống.
Nitơ nitrit có một đặc tính: độc hơn nitơ amoniac.
Nếu nồng độ quá cao, nó không chỉ ảnh hưởng đến vi sinh vật mà còn ảnh hưởng đến chất lượng nước thải.
Vì vậy, nhiều người vận hành cảm thấy lo lắng khi thấy lượng nitơ nitrit tăng lên.
Nitơ nitrat (NO ∝⁻ - N): bước cuối cùng của quá trình khử nitrat
Ở bước thứ hai của phản ứng nitrat hóa, nitơ nitrit sẽ tiếp tục bị oxy hóa.
Sự hình thành cuối cùng: nitơ nitrat
Quá trình này còn cần oxy và sự tham gia của một loại vi khuẩn khác.
Khi hệ thống hoạt động ổn định, phần lớn nitơ amoniac cuối cùng sẽ chuyển thành nitơ nitrat.
Nhưng sự việc vẫn chưa kết thúc. Nếu dừng ở đây thì nitơ vẫn còn tồn tại trong nước.
Vì vậy nhà máy xử lý nước thải vẫn cần thêm một bước nữa: khử nitrat.
Trong điều kiện thiếu oxy, vi khuẩn khử nitrat sẽ giảm dần nitơ nitrat.
Cuối cùng tạo ra một loại khí: nitơ
Nitơ sẽ được giải phóng khỏi nước và trở lại không khí.
Tại thời điểm này, nitơ thực sự được loại bỏ.
Tổng nitơ (TN) thực chất là một tập hợp lớn các họ nitơ
Trong hệ thống giám sát trực tuyến trước khi xử lý nước thải, giám sát nitơ tổng hiện nay là một hạng mục cố định không thể bị sét đánh, cho thấy tầm quan trọng của nó. Nhiều người có thể cảm thấy hơi trừu tượng khi lần đầu tiên gặp chỉ báo này. Nó thực sự khá dễ hiểu. Tổng nitơ là tổng của tất cả các dạng nitơ:
nitơ hữu cơ
nitơ amoniac
Nitrit nitơ
Nitrat nitơ
Chúng cùng nhau tạo thành tổng hàm lượng nitơ trong nước. Đôi khi nitơ amoniac trong hệ thống đã rất thấp nhưng tổng lượng nitơ vẫn cao.
Nguyên nhân thường là do nitơ nitrat chưa được loại bỏ thêm. Đây cũng là lý do tại sao nhiều nhà máy xử lý nước thải cần lắp đặt hệ thống khử nitơ.
Từ Nitơ hữu cơ đến Nitơ: Một hành trình trọn vẹn
Nếu quá trình thay đổi nitơ trong nước thải được vẽ thành một lộ trình thì nó sẽ đại khái như sau:
Con đường này thực sự là những gì chúng ta thường gọi là quá trình khử nitơ sinh học.
Tưởng chừng như một con đường đơn giản, đằng sau nó lại ẩn chứa một dự án phức tạp được hoàn thành bởi vô số vi sinh vật cùng nhau hợp tác.
Mỗi giai đoạn đều yêu cầu điều kiện môi trường phù hợp.
oxy hòa tan
nhiệt độ
nguồn cacbon
Tuổi bùn
Những yếu tố này đều sẽ ảnh hưởng tới 'Hành trình nitơ' này.
Tóm lại
Trong xử lý nước thải, “nitơ” không phải là một chỉ số đơn giản. Nó giống một chuỗi thay đổi liên tục hơn.
Từ nitơ trong chất hữu cơ, đến nitơ amoniac, rồi đến nitơ nitrat và cuối cùng là khí nitơ quay trở lại không khí.
Toàn bộ quá trình thực sự là một chu kỳ thống trị của vi sinh vật.
Khi chúng ta thực sự hiểu các dạng nitơ khác nhau này, việc hiểu nhiều hiện tượng trong hệ thống xử lý nước thải sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Ví dụ
Tại sao nitơ amoniac tăng đột ngột
Tại sao nitrit tích tụ
Vì sao đạm tổng luôn khó đạt tiêu chuẩn?
Câu trả lời cho nhiều vấn đề vận hành thực sự ẩn giấu trong những 'sự thay đổi nitơ' này.