Tài liệu Hiện trạng ô nhiễm amoni nguồn nước và cách xử lý_

ĐẶT VẤN ĐỀ Nước có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng. Các nguồn nước được sử dụng chủ yếu là nước mặt và nước ngầm đã qua xử lý hoặc sử dụng trực tiếp. Phần lớn chúng đều bị ô nhiễm bởi các tạp chất với thành phần và mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện địa lý, đặc thù sản xuất, sinh hoạt của từng vùng và phụ thuộc vào địa hình mà nó chảy qua hay vị trí tích tụ. Ngày nay, với sự phát triển của nền công nghiệp, quá trình đô thị hoá và bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên ngày càng cạn kiệt và ngày càng ô nhiễm. Hoạt động nông nghiệp sử dụng gắn liền với các loại phân bón trên diện rộng, các loại nước công nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ thải vào môi trường làm cho nước ngầm ngày càng bị ô nhiễm các hợp chất nitơ mà chủ yếu là amoni. Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hoá từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Các hợp chất nitrit và nitrat hình thành do quá trình oxi hoá của vi sinh vật trong quá trình xử lý, tàng trử và chuyển tải nước đến người tiêu dùng. Vì vậy việc xử lý amoni trong nước là đối tượng rất đáng quan tâm. PHẦN I TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM AMONI 1.1 NGUÔN GÔC VA HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM AMONI TRONG NƯƠC NGẦM Ở VIỆT NAM 1.1.1. Sơ lược về amôni Amoni bao gồm có 2 dạng: không ion hoá (NH3) và ion hoá (NH4). Amoni có mặt trong môi trường có nguồn gốc từ các quá trình chuyển hoá, nông nghiệp, công nghiệp và từ sự khử trùng nước bằng cloramin. Lượng Amoni tự nhiên ở trong nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/lớt. Các nguồn nước hiếm khí có thể có nồng độ Amoni lên đến 3mg/lớt. Việc chăn nuôi gia súc quy mô lớn có thể làm gia tăng lượng Amoni trong nước mặt. Sự nhiễm bẩn Amoni có thể tăng lên do các đoạn nối ống bằng vữa ximăng. Amoni trong nước là một chất ô nhiễm do chất thải động vật, nước cống và khả năng nhiễm khuẩn. Khi hàm lượng Amoni trong nước ăn uống cao hơn tiêu chuẩn cho phép chứng tỏ nguồn nước đã bị ô nhiễm bởi chất thải động vật, nước cống và có khả năng xuất hiện các loại vi khuẩn, kể cả vi khuẩn gây bệnh. Lượng Amoni trong môi trường so với sự tổng hợp bên trong cơ thể là không đáng kể. Tác hại của nó chỉ xuất hiện khi tiếp xúc với liều lượng khoảng trên 200mg/kg thể trọng. Với những lý do trên đây, Amoni được xếp vào nhóm các chỉ tiêu cảm quan (được đánh dấu bằng chữ a trong bảng tiêu chuẩn theo quyết định 1329/2002/BYT-QĐ của Bộ Y tế). Khi Amoni trong nước ăn uống vượt quá tiêu chuẩn cho phép thì chưa ảnh hưởng lắm tới sức khoẻ nhưng đó là dấu hiệu cho thấy nguồn nước bị ô nhiễm bởi chất thải có nguồn gốc động vật và có thể chứa các vi khuẩn gây bệnh. 1.1.2. Nguồn gốc ô nhiễm amoni trong nươc nggm a. Sự tồn tại của các hợp chất Nitơ trong nước. Nitơ tồn tại trong hê ̣ thuy sinh ở nhiều dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Các dạng vô cơ cơ bản với ty lê ̣ khác nhau tuỳ thuô ̣c vào môi trường nước. Nitrat là muối Nitơ vô cơ trong môi trường được sục khí đầy đủ và liên tục. Nitrit (NO2-) tồn tại trong điều kiê ̣n đă ̣c biê ̣t, còn amoniac (NH 3) tồn tại ở dạng cơ bản trong điều kiê ̣n kỵ khí. Amoni hòa tan trong nước tạo thành dạng hyđrôxit amoni (NH4OH) và se phân ly thành ion amoni (NH 4+) và ion hydroxit (OH-). Quá trình oxi hoá có thể chuyển tất cả các dạng Nitơ vô cơ thành ion nitrat, còn quá trình khử se chuyển hoá chúng thành dạng nitơ. Quá trình oxi hoá các dạng Nitơ vô cơ thành NO 3- được gọi là quá trình nitrat hoá (nitrification). Quá trình khử nitrat (denitrication) là quá trình chuyển khí NO3- thành khí Nitơ (N2) hoă ̣c ôxit Nitơ (N2O). Quá trình cố định Nitơ (nitrogenfixation) là quá trình Nitơ trong không khí được cố định vào hê ̣ sinh học thông qua dạng amoni. Quá trình này đòi hỏi mô ̣t năng lượng đáng kể để chuyển hoá Nitơ không khí thành dạnh Amon. Các prôtêin trong mùn đô ̣ng vâ ̣t và thực vâ ̣t sau đó có thể bị phân ly thành các amoni axit rồi tiếp đến phân huy thành amoni và các dạng nitơ vô cơ trong nước đi vào hê ̣ sinh vâ ̣t rồi cuối cùng chuyển hoá về dạng Nitơ vô cơ. Các ion NO3- trong nước thải chảy ra sông và biển ở hàm lượng lớn, chúng se kích thích sự phát triển của đô ̣ng vâ ̣t thuy sinh. Sau khi chết xát của chúng se gây ô nhiễm nguồn nước. Nitơ và Photpho là hai yếu tố gây ảnh hưởng đến môi trường nước ngọt. Nấu nồng đô ̣ NO3- tăng lên nhưng Photpho không tăng, hoặc nồng độ Photpho tăng lên nhưng nồng độ Nitơ không tăng thì se không làm cho thực vâ ̣t phát triển n 1]. b. Nguồn gốc ô nhiễm amoni trong nươc nggm ơ Viiṭ Nam [1]. Có nhiều nguyên nhân dân đến trình trạng nhiễm bẩn amoni và các chất hữu cơ trong nước ngầm nhưng mô ̣t trong những nguyên nhân chính là do viê ̣c sử dụng quá mức lượng phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu, hoá chất, thực vâ ̣t đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước, hoă ̣c do quá trình phân huy các hợp chất hữu cơ và các chất trên càng làm đẩy nhanh quá trình nhiễm amoni trong nước ngầm. Ngoài ra mức đô ̣ ô nhiễm còn phụ thuô ̣c vào loại hình canh tác của từng khu vực. Do cấu tao đị cchất va đicch sư chìch tchàch đị tầg Kết quả của những hoạt đô ̣ng địa chất (xóa mòn, xâm thưc…``) đã hình thành lên tầng chứa nước cuô ̣i sỏi Đê ̣ Tứ. Đây là nguồn nước chính được khai thác cung cấp nước sinh hoạt cho các hoạt đô ̣ng sống của con người. Tầng Đê ̣ Tứ bao gồm nhiều loại kiến tạo với các loại trầm tích khác nhau về nguồn gốc. Nhưng nhìn chung các tầng này đều có chứa các hạt than bùn, đất có lân các hợp chất hữu cơ. Khả năng duy chuyển chất bẩn vào tầng nước có liên quan chă ̣c che đến thành phần hạt. Hạt càng khô tính lưu thông càng lớn, khả năng hấp thụ nhỏ, các chất bẩn duy chuyển dễ dàng, hạt mịn thì ngược lại. Do quá trình khai thác nước ngày càng mở rộng đã kéo theo giải phóng các hợp chất của N được phát sunh ngay trong lớp đất bùn chứa nhiều chất hữu cơ bị phân hủy, điều này dân đến hàm lượng N trong nước ngầm tăng lên Do sự tồ̀ tai cụ̉ ̀guồ̀ ô ̀chiễm ̀ằm ở pchị́ trề mă ̣t ất Trong nhiều năm qua cùng với sự phát triển của đời sống xã hô ̣i, sự phát triển của công nghê ̣p và nông nghiê ̣p chúng ta đã thải vào môi trường mô ̣t lượng lớn chất thải, mà trong đó cả nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt đều có hàm lượng chất hữu cơ gây ô nhiễm sinh học cao. Trình trạng khoan khai thác nước mô ̣t cánh tuỳ tiê ̣n của tư nhân hiê ̣n nay rất phổ biến. Giếng được khoan có đô ̣ sâu từ 25 m đến 30 m là nguồn gốc tạo ra các cửa sổ thuy văn đưa chất nhiễm bẩn xuống nước ngầm. Ngoài ra viê ̣c khai thác nước ngầm với khối lượng lớn mà lượng nước mới không kịp bổ xung và đã tạo ra các phểu hạ thấp mực nước, đều này cũng gốp phần làm cho chất bẩn xâm nhâ ̣p nhanh hơn. Để bù đắp lượng nước ngầm bị khai thác, quá trình xâm thực tự nhiên được đẩy mạnh, nước ngầm được bổ xung bằng viê ̣c thấm từ nguồn nước mă ̣t xuống. Đây chính là nghiên nhân của sự gia tăng nồng đô ̣ các chất ô nhiễm trong nước ngầm bởi các chất có nguồn gốc nhân tạo. Do viê ̣c phóng thải mô ̣t lượng lớn các chất thải, nước thải có chứa nhiều hợp chất Nitơ hoà tan trong nước đã dân đến sự gia tăng nồng đô ̣ các chất Nitơ trong nước bề mă ̣t, ví dụ sản phẩm của quá trình Urê hoá, amoni và muối amon từ phân bón, từ quá trình thối rửa và từ dây chuyền sinh học cũng như từ nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiê ̣p…Các chất này theo nước mă ̣t thấm xuyên từ trên xuống hoă ̣c thấm qua sườn các con sông, xâm nhâ ̣p vào nước ngầm dân tới trình trạng tăng nồng đô ̣ amoni trong nước ngầm. Do cchiều dà đơi tchồg hchí Khi chiều dày đới thông khí (hay chiều dày đường thấm) càng nhỏ khả năng xâm nhâ ̣p các chất bẩn vào tầng chứa nước càng nhiều. Nhưng riêng đối với hợp chất nitrat và nitrit thì chiều dày đới thông khí lớn, quá trình nitrat hoá diễn ra thuâ ̣n lợi, còn chiều dày đới thông khí nhỏ quá trình nitrat hoá yếu hơn. Đối với thực tế trong điều kiê ̣n đới thông khí càng dày khi đó hàm lượng oxy xâm nhâ ̣p từ khí quyển và các nguồn khác trên mă ̣t đất vào đới thông khí se lớn, thúc đẩy các điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi cho sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí. Khi đó quá trình nitrat hoá xảy ra và làm tăng hàm lượng NO2- và NO3-. Do ô ̣ dôc tchuy ực đờ Những nơi có cường đô ̣ dòng chảy mạnh làm tăng khả năng xâm nhâ ̣p của các chất ô nhiễm vào nước ngầm. Những khu vực nằm dưới đô ̣ dốc cao thường có hàm lượng ô nhiễm nă ̣ng hơn những vùng có đô ̣ dốc thấp. Điều này phù hợp với qui luâ ̣t vâ ̣n đô ̣ng tự nhiên của vâ ̣t chất. 1.2. Hiiṇ trang ô nhiễm amoni trong nươc nggm ơ Viiṭ Nam 1.2.1 Hiện trang ô nhiễm amoni Theo đánh giá của nhiều báo cáo và hô ̣i thảo khoa học thì trình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm đã được phát hiê ̣n tại nhiều vùng trong cả nước. Chẳng hạn như tại thành phố Hồ Chí Minhh ”Theo chi cục bảo vê ̣ môi trường thành phố Hồ Chí Minh (TP Hồ Chí Minh), kết quả quan trắc nước ngầm tầng nông gần đây cho thấy lượng nước ngầm ở khu vực ngoại thành đang diễn biến ngày càng xấu đi. Cụ thể nước ngầm ở trạm Đông Thạch (huyê ̣n Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) và có hàm lượng nhôm cao, đô ̣ mă ̣n tăng và mức đô ̣ ô mhiễm chất hữu cơ cũng tăng nhanh trong những năm gần đây; nồng đô ̣ sắt trong nước ngầm của mô ̣t số khu vực khác như Linh Trung, Trường Thọ (Thủ Đức), Tân Tạo (Bình Chánh)…cũng khá cao (11,76 đến 27,83 mg/l) vượt tiêu chuẩn cho phép gần 50 lần n 1]. Ngoài ra còn có mô ̣t số khu vực khác cũng bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nhưng khu vực bị ô nhiễm amoni trong nước ngầm nă ̣ng nề nhất trong cả nước là khu vực đồng bằng Bắc Bô ̣. Theo kết quả khảo sát của trung tâm nghiên cứu thuô ̣c trung tâm khoa học tự nhiên và công nghê ̣ quốc gia và trường Đại Học Mỏ-Địa Chất thì phần lớn nước ngầm khu vực đồng bằng Bắc Bô ̣ gồm các tỉnh nhưh Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình và phía nam Hà Nô ̣i đều bị nhiễm bẩn amoni rất nă ̣ng. Xác suất các nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng đô ̣ cao hơn tiêu chuẩn nước sinh hoạt (3 mg/l) khoảng 70-80%. Trong nhiều nguồn nước ngầm còn chứa nhiều hợp chất hữu cơ, đợ oxi hoá có nguồn đạt 30-40 mg O2/l. Có thể cho rằng phần lớn các nguồn nước ngầm đang sử dụng không đạt tiêu chuẩn về amoni và các hợp chất hữu cơn 1]. Theo kết quả khảo sát của các nhà khoa học Viê ̣n Địa lý thuô ̣c Viê ̣n Khoa Học và Công Nghê ̣ Viê ̣t Nam thì hầu như các mâu nước từ các huyê ̣n của tỉnh Hà Nam đều có ty lê ̣ nhiễm amoni ở mức đáng báo đô ̣ng.Chẳng hạn như tại Lý Nhân có mâu nước với hàm lượng lên tới 111,8 mg/l gấp 74 lần so với tiêu chuẩn Bô ̣ Y Tế (TC BYT), còn ở Duy Tiên là 93,8 mg/l gấp 63 lần…Trong khi đó, các kết quả khảo sát của trường Đại Học Mỏ-Địa Chất Hà Nô ̣i cũng cho biết chất lượng nước ngầm ở tầng mạch nông và mạch sâu tại các địa phương này cũng có hàm lượng Nitơ trung bình > 20 mg/l vượt mức tiêu chuẩn Viê ̣t Nam cho phép rất nhiều lần . (Tiêu chuẩn nước vê ̣ sinh ăn uống 1329/BYT-2002 đối với nồng đô ̣ NH4+ tối đa cho phép là 1,5 mg/l) n 3]. 1.2.2. Ảnh hương của amoni đối vơi sức khỏe con người Amoni thâ ̣t ra không gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người, nhưng trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý…Amôni được chuyển hoá thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO 3-) là những chất có tính đô ̣c hại tới con người, vì nó có thể chuyển hoá thành Nitrosamin có khả năng gây ung thư cho con người. Chính vì vâ ̣y qui định nồng đô ̣ nitrit cho phép trong nước sinh hoạt là khá thấp. Như vâ ̣y ở trong nước ngầm amoni không thể chuyển hoá được do thiếu oxy, khi khai thác lên vi sinh vâ ̣t trong nước nhờ oxy trong không khí chuyển amoni thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO 3-) tích tụ trong thức ăn. Khi ăn uống nước có chứa nitrit thì cơ thể se hấp thu nitrit vào máu và chất này se tranh oxy của hồng cầu làm hemoglobin mất khả năng lấy oxy, dân đến trình trạng thiếu máu, xanh da. Vì vâ ̣y, nitrit đă ̣c biê ̣t nguy hiểm đối với trẻ mới sinh dưới sáu tháng tuổi, nó có thể làm châ ̣m sự phát triển, gây bê ̣nh ở đường hô hấp. Đối với người lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành mô ̣t họ chất nitrosami. Nitrosamin có thể gây tổn thương duy truyền tế bào, nghiên nhân gây ung thư. Những thí nghiê ̣m cho nitrit vào trong thức ăn, thức uống của chuô ̣t, thỏ…với hàm lượng vượt ngương cho phép thì thấy sau mô ̣t thời gian những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng n 3]. Các hợp chất nitơ trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng nước. Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợp với các amin để tạo nên những nitrosamin là nghiên 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. Sau khi lọt 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.  Bên cạnh đó hàm lượng NH 4+ trong nước uống cao có thể gây mô ̣t số hâ ̣u quả như sauh ● Nó có thể kết hợp với Clo tạo ra Cloramin là mô ̣t chất làm cho hiê ̣u quả khử trùng giảm đi rất nhiều so với Clo gốc. ● Nó là nguồn Nitơ thứ cấp sinh ra nitrit trong nước, mô ̣t chất có tiềm năng gây ung thư. ● NH4+ là nguồn dinh dương để râu tảo phát triển, vi sinh vâ ̣t phát triển trong đường ống gây ăn mòn, rò rỉ và mất mt quan. Bảngh Giới hạn nồng độ các hợp chất của Nitơ trong nước uống do bộ y tế ban hành theo quyết định của bộ trưởng bộ y tế về việc ban hành chỉ tiêu vệ sinh nước ăn uống sốh 1329/2002/BYT/QĐ STT 1. 2. 3. Chỉ tiêu Hàm lượng amoni tính theo NH4+ Hàm lượng nitrat Hàm lượng nitrit Giới hạn tối đa Đơn vị 1,5 mg/ L 50 3 mg/ L mg/ L PHẦN II MỘT SÔ PHƯƠNG PHAP X ̉ AMONI 2.1. Phương phap Clo hoa Clo gần như là chất oxi hóa mạnh có khả năng oxi hoá amoni/amoniac ở nhiê ̣t đô ̣ phòng thành N2. Khi hoà tan Clo trong nước tuỳ theo PH của nước mà Clo có thể nằm dạng HClO hay ion ClO - do có phản ứng theo phương trìnhh Cl2 + H2O HCl + HClO (PH<7) HClO H+ + ClO(PH>8) Khi trong nước có NH4+ se xảy ra các phản ứng sauh HClO + NH3 = H2O + NH2Cl (Monocloramin) HClO + NH2Cl = H2O + NHCl2 (Dicloramin) HClO + NHCl2 = H2O + NCl3 (Tricloramin) Nếu có Clo dư se xảy ra phản ứng phân huy các Cloramin HClO +2 NH2Cl = N2 + 3Cl- + H2O Lúc này lượng Clo dư trong nước sẻ giảm tới số lượng nhỏ nhất vì xảy ra phản ứng phân huy Cloramin. Những nghiên cứu trước đây cho thấy, tốc đô ̣ phản ứng của Clo với các hợp chất hữu cơ bằng một nửa so với phản ứng với amoni .Khi amoni phản ứng gần hết, Clo dư se phản ứng với các hợp chất hữu cơ có trong nước để hình thành nhiều hợp chất Clo có mùi đă ̣c trưng khó chịu. Trong đó khoảng 15% là các hợp chất nhóm THM-trihalometan và HAA-axit axêtic halogen đều là các chất có khả năng gây ung thư và bị hạn chế nồng đô ̣ nghiêm ngoă ̣cn 1]. 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 mă ̣c dù đơn giản về mă ̣t thiết bị, rẻ về mặt kinh tế và xây dựng cơ bản nhưng rất khó áp dụng. 2.2. Phương phap kiềm hóa và làm thống: Amoni ở trong nước tồn tại dưới dạng cân bằngh NH4+ NH3 (khí hoà tan) + H+ ; pka = 9,5 Như vâ ̣y, ở PH gần 7 chỉ có mô ̣t lượng rất nhỏ khí NH 3 so với ion amoni. Nếu ta nâng PH tới 9.5 ty lê ̣ n NH 3]/n NH4+] = 1, và càng tăng PH cân bằng càng chuyển về phía tạo thành NH 3. Khi đó nếu áp dụng các kt thuâ ̣t sục khí hoă ̣c thổi khí thì NH 3 se bay hơi theo định luâ ̣t Henry, làm chuyển cân bằng về phía phảih NH4+ + OHNH3 + H2O Trong thực tế PH phải nâng lên xấp xỉ 11, lượng khí cần để đuổi NH 3 ở mức 1600 m3 không khí/ m3 nước và quá trình phụ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣ của môi trường. Phương pháp này áp dụng được cho nước thải, khó có thể đưa được nồng đô ̣ NH4+ xuống dưới 1,5mg/l nên rất hiếm khi được áp dụng để xử lý nước cấp. 2.3. Phương phap OOon hoa vơi iuc tac romuaa r-)[1]. Để khắc phục nhược điểm của phương pháp Clo hoá điểm đô ̣t biến người ta có thể thay thế mô ̣t số tác nhân oxi hoá khác là ozon với sự có mă ̣t của Br-. Về cơ bản xử lý NH 4+ bằng O3 với sự có mă ̣t của Br - cũng diễn ra theo cơ chế giống như phương pháp xử lý dùng Clo. Dưới tác dụng của O 3, Br- bị oxi hoá thành BrO- theo phản ứng sau đâyh Br- + O3 + H+ = HBrO + O2 (1.9) Phản ứng oxy hoá NH 4+ được thực hiê ̣n bởi ion BrO- giống như của ion ClO-h NH3 + HBrO = NH2Br + H2O (1.10) NH2Br + HBrO = NHBr2 + H2O (1.11) NH2Br + NHBr2 = N2 + 3Br- + H+ (1.12) Đây chính là điểm tương đồng của hai phương pháp Clo hoá và Ozon hoá xúc tác Br- . 2.4. Phương phap trao đổi ion Quá trình trao đổi ion là mô ̣t quá trình hoá lý thuâ ̣n nghịch trong đó xảy ra phản ứng trao đổi giữa các ion trong dung dịch điê ̣n ly với các ion trên bờ mă ̣t hoă ̣c bên trong của pha rắn tiếp xúc với nó. Quá trình trao đổi ion tuân theo định luâ ̣t bảo toàn điê ̣n tích, phương trình trao đổi ion được mô tả mô ̣t cách tổng quát như sauh AX + BAB + XCY + D+ CD + Y+ Trong đó AX là chất trao đổi anion, CY là chất trao đổi cation. Phản ứng trao đổi là phản ứng thuâ ̣n nghịch, chiều thuâ ̣n được gọi là chiều trao đổi, chiều nghịch được gọi là chiều phản ứng tái sinh. Mức đô ̣ trao đổi ion phụ thuô ̣c vàoh ● Kích thước hoá trị của ion. ● Nồng đô ̣ ion có trong dung dịch. ● Bản chất của chất trao đổi ion. ● Nhiê ̣t đô ̣. Nhựa trao đổi ion dạng rắn được dùng để thu những ion nhất định trong dung dịch và giải phóng vào dung dịch mô ̣t lượng tương đương các ion khác có cùng dấu điê ̣n tích. Nhựa trao đổi cation (Cationit) là những hợp chất cao phân tử hữu cơ có chứa các nhóm chức có khả năng trao đổi với công thức chung là RX. Trong đó R là gốc hữu cơ phức tạp, có thể làh COOH -, Cl-,… Phản ứng trao đổi cation giữa chất trao đổi và cation có trong dung dịch. R-H(Na) + NH4+ R-NH4 + H+(Na+) 2R-H + Ca2+ R2Ca + 2H+ Chất trao đổi ion có thể có sẳn trong tự nhiên như các loại khoáng sét, trong đó quan trọng nhất là zeolit, các loại sợi,…cũng có thể là chất vô cơ tổng hợp (aluminosilicat, aluminophotphat,…) hoă ̣c hữu cơ (nhựa trao đổi ion). Trong thực tế nhựa trao đổi ion được sản xuất và ứng dụng rô ̣ng rải nhất. Trong nước ngầm ngoài ion amoni (thường chiếm tỉ lê ̣ thấp so với các cation khác) còn tồn tại các cation hoá trị I và hoá trị II như Ca 2+, Mg2+, K+, Na+,…phần lớn các nhựa cation có đô ̣ chọn lọc thấp đối với ion amoni. Để ứng dụng thực tiễn cần tìm được chất trao đổi ion có đô ̣ chọn lọc cao đối với ion amoni. Trong khi đó, Zeolic đă ̣c biê ̣t là loại Clinoptilolit tự nhiên có thể đáp ứng được đồi hổi trên. Clinoptilolit là loại Zeolic tự nhiên có công thức hoá học là (Na 4K4)Al20O40.20H2O, đô ̣ lớn mao quản nằm trong khoảng 38A0, đợ xớp khoảng 34%. Đô ̣ chọn lọc của Clinoptilolit đối với ion amoni tuân theo thứ tựh Cs+>Rb+>K+>NH4+>Ḅ2+>Ṇ+>C̣2+>Fe2+>A 3+Mg2+>Li+. Từ dãy chọn lọc này cho thấy hầu hết các cation có mă ̣t trong nước tự nhiên nhưh Ca2+, Mg2+, Na+ đều có tính chọn lọc kém hơn so với amoni và tính chọn lọc của amoni gần ngang với Kali n 1]. 2.5. Phương phap sinh hoc Ở phương pháp sinh học bao gồm hai quá trình nối tiếp nhau là nitrat hoá và khử nitrat hoá như sauh ̣) Quá trìch ̀itṛt choá́ Quá trình chuyển hoá về mă ̣t hoá học được viết như sauh NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O NO2- + 0,5O2 → NO3Phương trình tổngh NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O Đầu tiên, amoni được oxy hóa thành các nitrit nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus. Sau đó các ion nitrit bị oxy hóa thành nitrat nhờ các vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus. Các vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại vi khuẩn tự dương hóa năng. Năng lượng sinh ra từ phản ứng nitrat hóa (Nitơ amoni là chất nhường điện tử) được vi khuẩn sử dụng trong quá trình tổng hợp tế bào. Nguồn cacbon để sinh tổng hợp ra các tế bào vi khuẩn mới là cacbon vô cơ (HCO3- là chính). Ngoài ra chúng tiêu thụ mạnh O2 n 4]. Quá trình trên thường được thực hiện trong bể phản ứng sinh học với lớp bùn dính bám trên các vật liệu mang - giá thể vi sinh. Vận tốc quá trình oxy hóa nitơ amoni phụ thuộc vào tuổi thọ bùn (màng vi sinh vật), nhiệt độ, pH của môi trường, nồng độ vi sinh vật, hàm lượng nitơ amoni, oxy hòa tan, vật liệu lọc... Các vi khuẩn nitrat hóa có khả năng kết hợp thấp, do vậy việc lựa chọn vật liệu lọc nơi các màng vi sinh vật dính bám cũng có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất làm sạch và sự tương quan sản phẩm của phản ứng sinh hóa. Sử dụng vật liệu mang phù hợp làm giá thể cố định vi sinh cho phép giữ được sinh khối trên giá thể, tăng tuổi thọ bùn, nâng cao và ổn định hiệu suất xử lý trong cùng một khối tích công trình cũng như tránh được những sốc do thay đổi điều kiện môi trường. b) Quá trìch hchư ̀itṛt choá́ Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitrat hóa amoni là khâu khử nitrat sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dương trong điều kiện thiếu khí (anoxic). Nitrit và nitrat se chuyển thành dạng khí N2. Quá trình khử nitrat hoá là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp nhauh NO3NO2NO N2O N2 Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất (chất cho điê ̣n tử) chúng có thể là chất hữu cơ (phổ biến là axit axetic), H 2 và S. Khi có mă ̣t đồng thời NO 3- và các chất cho điê ̣n tử, chất cho điê ̣n tử bị oxi hoá, đồng thời NO 3- nhâ ̣n điê ̣n tử và khử về N2. Vi khử tham gia vào quá trình khử nitrat bao gồmh Ḅci us, Pseudôṃ̀s, Metcḥ̀omọ̀s, P̣ṛcoc̣s, Spiritum, Tchioḅci us, … Để thực hiện phương pháp này, người ta cho nước qua bể lọc kỵ khí với vật liệu lọc, nơi dính bám và sinh trưởng của vi sinh vật khử nitrat. Quá trình này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử. Chúng có thể là chất hữu cơ, H2S, vv... Nếu trong nước không có oxy nhưng có mặt các hợp chất hữu cơ mà vi sinh hấp thụ được, trong môi trường anoxic, khi đó vi khuẩn dị dương se sử dụng NO3- như nguồn ôxy để ôxy hóa chất hữu cơ (chất nhường điện tử), còn NO3- (chất nhận điện tử) bị khử thành khí nitơ n 5]. Vi khuẩn thu năng lượng để tăng trưởng từ quá trình chuyển hoá NO 3thành khí N2 và cần có nguồn cacbon để tổng hợp tế bào. Do đó khi khử NO3- sau quá trình nitrat hóa mà thiếu các hợp chất hữu cơ chứa cacbon thì phải đưa thêm các chất này vào nước. Hiện nay, người ta thường sử dụng khí tự nhiên (chứa metan), rượu, đường, cồn, dấm, axetat natri, vv... Axetat natri là một trong những hoá chất thích hợp nhất. Đây là phương pháp xử lý amoni được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu và cũng cho được nhiều kết quả khả quan. Mă ̣c dù xử lý sinh học cũng được thực hiê ̣n bằng nhiều quá trình vâ ̣t lý, hoá học và hoá lý nhưng phương pháp sinh học lại mang mô ̣t ý ngh̃a hoàn toàn khác và ngày càng trở nên quan trọng. Phương pháp vi sinh xuất phát từ những tính năng của nó như xử lý dể dàng các sản phẩm trong nước, không gây ô nhiễm thứ cấp đồng thời cho ra sản phẩm nước với mô ̣t chất lượng hoàn toàn bảo đảm sạch về mă ̣t hoá chất đô ̣c hại và ổn định về hoạt tính sinh học, chất lượng cao (cả về mùi, vị và tính ăn mòn) . PHẦN 3 KẾT ̉UẬN Hiện nay, môi trường nước mặt đã bị ô nhiễm nặng nề, nước ngầm được coi là nguồn chính cung cấp cho các nhà máy xử lý nước sinh hoạt ở nhiều nơi đang có dấu hiệu ô nhiễm. Chính vì vậy, việc tìm ra biện pháp xử lý amôni trong nước bảo đảm tiêu chuẩn cung cấp nước sinh hoạt se có ý ngh̃a lớn về mặt kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường và sức khoẻ cộng đồng. Tình trạng ô nhiễm amoni đang ngày càng nghiêm trọng. Đặc biệt Hà Nội là thành phố dựng hoàn toàn nước ngầm để sử dụng cho sinh hoạt. Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hoá từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc Vì vậy xử lý amoni trong nước ngầm cần phải được quan tâm. Ở nước ta có khá nhiều nghiên cứu về xử lý amoni trong nước ngầm. Tuy nhiên khả năng áp dụng vào các nhà máy nước của Việt Nam còn nhiều hạn chế do vấn đề kinh tế và quy mô. Trong cấp nước sinh hoạt vấn đề an toàn luôn được đặt lên hàng đầu vì vậy xử lý amoni bằng phương pháp sinh học là lựa chọn tốt nhất. TAI ̉IỆU THAM KHẢO n 1]. Đào Chánh Thuận, đồ án tốt nghiệph” trùg ̀gchiề cứu các ̀ếu tô ả̀ch chưở̀g ế̀ quá trìch tṛo ổi ̣mòi trề ̀chự̣ c̣tiòit” K07 – lớp công nghệ môi trường - Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội. n 2]. Phạm Khắc Liệu “Pchát triể̀ quá trìch xư ý sìch chọc oai ̀itơ tròg ̀ưđơc tchải dự̣ trề cở sở pchả̀ ứ̀g ̣̣̀mmox” Tạp chí khoa học, Đại Hoc Huế, số 48, 2008. n 3]. Đặng Thị Thanh Lộc, Khóa luận tốt nghiệph “Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm nhà máy nước Pháp Vân – Hà Nội bằng biện pháp sinh học với vật liệu màng ngập nước trên mô hinh pilot” K24 Khoa Môi Trường – Đại Học Khoa Học Huế. n 4].httph//www.vatgia.com/dvtech&module=news&view=detail&record_id= 14209 n 5].httph//www.vinawater.org/forum/showthread.php?30-Xu-ly-amoni-NH4bang-phuong-phap-trao-doi-ion