Nguyên nhân khiến Nitơ trong nước thải vượt tiêu chuẩn? Cách giải quyết?

Nitơ là một trong những chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp, với sự hiện diện dưới nhiều dạng hợp chất khác nhau như ammonia, nitrat, và nitrit. Những hợp chất này có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý đúng cách, ảnh hưởng đến chất lượng nước và hệ sinh thái tự nhiên. Để kiểm soát mức độ ô nhiễm này, các quy định về xả thải nước thải chứa Nitơ đã được ban hành nhằm đảm bảo sự an toàn cho môi trường và sức khỏe cộng đồng. Bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu rõ hơn về nguyên nhân khiến Nitơ trong nước thải vượt tiêu chuẩn, các dạng tồn tại của Nitơ và cách xử lý hiệu quả để nguồn nước đảm bảo an toàn và không gây ô nhiễm ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường.

Nitơ và các dạng tồn tại của Nitơ

Nitơ là một nguyên tố cơ bản, có mặt trong tất cả các sinh vật sống, thường tồn tại chủ yếu dưới dạng Amino Axit và Protein. Ngoài ra, nó còn hiện diện trong các phân tử Axit Nucleic như DNA và RNA. Trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, Nitơ được chuyển hóa qua các giai đoạn khác nhau bởi vi sinh vật, từ các dạng hữu cơ phức tạp đến các hợp chất vô cơ như Ammonia (NH4+), Nitrit (NO2-), và Nitrat (NO3-).

Trong môi trường nước tự nhiên và nước thải, các hợp chất Nitơ tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm:

• Nitơ hữu cơ từ các phân tử Protein và Axit Amin.
• Các hợp chất Nitơ oxy hóa như Nitrit và Nitrat.
• Ammonia.

Tổng lượng Nitơ trong nước thải bao gồm cả ba loại này, bao gồm Nitrat Nitơ (NO3-N), Nitrit Nitơ (NO2-N), Ammonia Nitơ (NH3-N), và các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ. Những hợp chất này cần được xử lý đúng cách để tránh gây ô nhiễm nguồn nước và đảm bảo an toàn cho hệ sinh thái.

Vấn đề Nitơ trong nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như nước thải từ hoạt động tắm rửa, giặt giũ, chế biến thực phẩm, và nước thải từ bể phốt. Ngoài ra, các nguồn nước thải từ các cơ sở như khách sạn và nhà hàng cũng đóng góp vào lượng nước thải này. Phần lớn các nguồn nước thải sinh hoạt chứa các hợp chất Nitơ, thường xuất hiện dưới dạng Amoniac, Protein, Peptid, Axit Amin, và các hợp chất Amin khác.

Trung bình mỗi người tiêu thụ khoảng 5 đến 16 gram Nitơ hàng ngày qua thực phẩm chứa Protein, và cơ thể thải ra khoảng 30% lượng Nitơ tiêu thụ này. Trong đó, lượng Nitơ thải ra từ nước tiểu thường cao hơn so với phân khoảng 8 lần. Các hợp chất Nitơ, đặc biệt là Protein và Urin trong nước tiểu, sẽ nhanh chóng bị thủy phân và chuyển thành Amoni hoặc Amoniac.

Trong quá trình xử lý yếm khí tại các bể phốt, phần lớn các hợp chất hữu cơ dạng Carbon bị phân hủy, nhưng hàm lượng Nitơ lại không giảm đáng kể.

Hàm lượng Nitrat và Nitrit trong nước thải sinh hoạt thường rất thấp do sự thiếu hụt oxy hòa tan và mật độ vi sinh tự dưỡng thấp, đặc biệt là các vi khuẩn có khả năng oxy hóa Amoni. Phần lớn Nitơ trong nước thải sinh hoạt tồn tại dưới dạng Amoni, chiếm từ 60 đến 80% tổng lượng Nitơ trong nước thải.

Vì sao nước thải vượt Nitơ lại nguy hại?

Nước thải vượt mức nitơ có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho môi trường và sức khỏe con người. Dưới đây là một số lý do chính:

• Phú dưỡng hóa: Nitơ là chất dinh dưỡng cho tảo và các thực vật phù du. Khi hàm lượng nitơ trong nước thải cao, nó sẽ thúc đẩy sự phát triển quá mức của tảo, gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa. Điều này làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến các sinh vật thủy sinh và gây mất cân bằng sinh thái.
• Sản sinh chất độc hại: Quá trình phân hủy các hợp chất nitơ có thể tạo ra các chất độc hại như NH4 (amoniac), H2S (hydro sulfide), CO2 (carbon dioxide), và CH4 (methane). Những chất này không chỉ gây hại cho các sinh vật dưới nước mà còn làm ô nhiễm không khí.
• Giảm chất lượng nước: Nitơ cao trong nước thải có thể làm giảm chất lượng nước, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi sử dụng nước này cho sinh hoạt hoặc nông nghiệp.
• Ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng: Nồng độ nitơ quá cao trong dòng thải sẽ làm giảm hàm lượng oxy hòa tan của nguồn tiếp nhận, gây độc hại đến môi trường thủy sinh và ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng.
• Phá vỡ chuỗi thức ăn: Sự phát triển quá mức của tảo và thực vật phù du do nitơ cao có thể phá vỡ chuỗi thức ăn tự nhiên, ảnh hưởng đến các loài động vật và thực vật khác trong hệ sinh thái.

Việc kiểm soát và xử lý nitơ trong nước thải là rất quan trọng để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các phương pháp xử lý hiện đại như sử dụng vi sinh vật và các chất hóa học đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu hàm lượng nitơ trong nước thải.

Nguyên khiến nitơ trong nước thải vượt tiêu chuẩn?

Có nhiều nguyên nhân khiến hàm lượng Nitơ trong nước thải vượt tiêu chuẩn quy định. Dưới đây là một số nguyên nhân chính:

Nguồn thải có nồng độ Nitơ cao

• Nước thải sinh hoạt: Chứa nhiều hợp chất hữu cơ như urea, protein từ thực phẩm phân hủy, phân và nước tiểu, đều là nguồn chính của ammonium (NH4+).
• Nước thải công nghiệp và nông nghiệp: Các ngành sản xuất phân bón, chế biến thực phẩm, và nước thải từ chăn nuôi gia súc thường chứa hàm lượng Nitơ cao, làm tăng nồng độ Nitơ trong hệ thống xử lý.

Hiệu suất của hệ thống xử lý

• Quá tải hệ thống: Khi hệ thống xử lý nước thải bị quá tải hoặc không được bảo trì đúng cách, hiệu suất khử Nitơ sẽ giảm, dẫn đến việc Nitơ không được loại bỏ hoàn toàn.
• Thiếu vi sinh vật có lợi: Các vi sinh vật như Nitrosomonas và Nitrobacter đóng vai trò quan trọng trong quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat. Nếu thiếu vi sinh vật hoặc hệ vi sinh bị suy yếu, quá trình xử lý Nitơ sẽ bị ảnh hưởng.

Sự thay đổi trong thành phần nước thải

• Biến động trong nguồn nước thải: Khi có sự thay đổi đột ngột về nồng độ chất hữu cơ, pH, hoặc các yếu tố khác trong nước thải, hệ thống xử lý có thể không kịp thích ứng, làm giảm khả năng khử Nitơ.

Điều kiện môi trường không phù hợp

• Nhiệt độ thấp: Quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat diễn ra chậm hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp, làm giảm hiệu quả xử lý Nitơ.
• Thiếu oxy: Quá trình Nitrat hóa cần một lượng oxy đáng kể để chuyển đổi ammonium thành nitrat. Thiếu oxy sẽ làm chậm hoặc ngừng quá trình này, dẫn đến tích tụ Nitơ trong nước thải.

Sai sót trong vận hành

• Quản lý hệ thống không đúng cách: Các lỗi vận hành như không kiểm tra và điều chỉnh thường xuyên hệ thống xử lý, hay không bổ sung đủ vi sinh vật cần thiết, cũng có thể gây ra việc Nitơ vượt ngưỡng quy định.

Xem thêm: Chỉ số SVI là gì? Vai trò của SVI trong hệ thống xử lý nước thải

 Làm thế nào để xử lý và kiểm soát vấn đề Nitơ trong nước thải sinh hoạt?

Việc quản lý và xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt là một yếu tố then chốt đối với các doanh nghiệp và chính phủ trong nỗ lực bảo vệ môi trường. Để đảm bảo chất lượng nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn, Chính phủ đã ban hành quy chuẩn QCVN 14-MT: 2015/BTNMT, quy định các tiêu chí cụ thể về chất lượng nước thải sinh hoạt.

Hiện nay, nhiều đơn vị, từ doanh nghiệp đến các tòa nhà, nhà máy, đều ưu tiên sử dụng phương pháp sinh học để xử lý Nitơ trong nước thải. Phương pháp này dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại, như COD và BOD với nồng độ cao, đồng thời chuyển hóa Nitơ thành khí N2 không gây hại, từ đó làm giảm hàm lượng Nitơ trong nước thải đầu ra.

Để quá trình xử lý Nitơ và Amoniac đạt hiệu quả cao, cần kết hợp hai quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat:

• Quá trình Nitrat hóa: Vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa Amoniac (NH3, NH4+) thành Nitrit (NO2-), sau đó vi khuẩn Nitrobacter tiếp tục chuyển hóa Nitrit thành Nitrat (NO3-).
• Quá trình khử Nitrat: Các vi khuẩn như Thiobacillus denitrificans và Pseudomonas thực hiện việc khử Nitrat (NO3-) thành khí Nitơ (N2) trong điều kiện thiếu khí, góp phần giảm nồng độ Nitơ trong nước thải và đảm bảo tiêu chuẩn xả thải.

Phương pháp sinh học này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giúp các doanh nghiệp tuân thủ quy định pháp lý và góp phần bảo vệ môi trường nước.

Việc xử lý Nitơ trong nước thải là một yếu tố quan trọng nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Bằng cách áp dụng các phương pháp xử lý phù hợp và công nghệ tiên tiến, chúng ta có thể kiểm soát và giảm thiểu sự ô nhiễm Nitơ trong nguồn nước một cách hiệu quả.