Nguyên lý xử lý Nito và photpho bằng phương pháp sinh học

Nguyên lý xử lý Nito và photpho bằng phương pháp sinh học

Xử lý Nito và photpho trong nước thải là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhằm bảo vệ chất lượng nguồn nước và hệ sinh thái thủy sinh. Trong số các phương pháp xử lý hiện nay, phương pháp sinh học được đánh giá cao bởi tính hiệu quả, bền vững và chi phí vận hành hợp lý.

Bài viết này Hòa Bình Xanh sẽ trình bày nguyên lý xử lý Nito và photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học, giúp bạn hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống xử lý cũng như những ứng dụng thực tiễn.

1. Nguồn gốc phát sinh Nito và photpho trong nước thải

Nito và photpho là hai nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu, thường xuất hiện trong nước thải dưới các dạng khác nhau:

  • Nguồn gốc Nito:

Nước thải sinh hoạt chủ yếu chứa các hợp chất hữu cơ như ure, protein và nước tiểu, khi phân hủy sẽ tạo thành amoni (NH₄⁺). Nước thải công nghiệp, đặc biệt từ các ngành chế biến thực phẩm, sản xuất phân bón và hóa chất, cũng là nguồn thải giàu hợp chất chứa nitơ. Ngoài ra, nước thải từ hoạt động chăn nuôi có hàm lượng cao amoni (NH₄⁺), nitrit (NO₂⁻) và nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ khác, góp phần làm tăng tải lượng nitơ trong hệ thống xử lý nước thải.

  • Nguồn gốc photpho:

Nguồn phát sinh photpho trong nước thải chủ yếu đến từ các sản phẩm tẩy rửa như xà phòng, bột giặt có chứa hợp chất phosphat (PO₄³⁻). Ngoài ra, phân bón sử dụng trong nông nghiệp cũng là một nguồn đóng góp lớn, đặc biệt khi nước mưa rửa trôi phân bón vào hệ thống thoát nước. Bên cạnh đó, các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước thải sinh hoạt cũng góp phần làm tăng hàm lượng photpho trong môi trường nước.

2. Tại sao phải xử lý Nito và photpho trong nước thải?

Xử lý Nito và photpho trong nước thải ngăn ngừa phú dưỡng hóa
Xử lý Nito và photpho trong nước thải ngăn ngừa phú dưỡng hóa

Việc xử lý Nito và photpho trong nước thải là vô cùng quan trọng vì các lý do sau:

  • Ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng hóa: Dư thừa Nito và Photpho trong nước thải là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tảo nở hoa, làm giảm oxy hòa tan và gây chết sinh vật thủy sinh.
  • Đảm bảo chất lượng nguồn nước: Nito và photpho ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp, nước mặt và nước ngầm.
  • Tuân thủ quy định pháp luật: Các quy chuẩn như QCVN 14:2025/BTNMT hay QCVN 40:2025/BTNMT đều giới hạn hàm lượng Nito và Photpho trong nước thải đầu ra.
  • Bảo vệ sức khỏe cộng đồng: các chỉ tiêu NO₃⁻ và NO₂⁻ dư thừa trong nước có thể gây nguy hiểm cho trẻ em và phụ nữ mang thai.

3. Nguyên lý xử lý Nito và photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học dựa trên hoạt động của các nhóm vi sinh vật chuyên biệt trong điều kiện hiếu khí, thiếu khí hoặc kỵ khí để chuyển hóa Nito và Photpho thành các dạng khí hoặc sinh khối không gây hại.

3.1. Xử lý Nito

Xử lý Nito bằng phương pháp sinh học chủ yếu gồm hai quá trình chính là nitrat hóa và khử nitrat.

3.1.1. Quá trình Nitrat hóa (Nitrification)

  • Nguyên lý: Vi sinh vật hiếu khí (chủ yếu là NitrosomonasNitrobacter) oxy hóa amoni (NH₄⁺) thành nitrit (NO₂⁻), sau đó tiếp tục chuyển hóa NO₂⁻ thành nitrat (NO₃⁻).
  • Phương trình phản ứng:

NH₄⁺ + 1.5O₂ → NO₂⁻ + 2H⁺ + H₂O (Nitrosomonas)

NO₂⁻ + 0.5O₂ → NO₃⁻ (Nitrobacter)

  • Điều kiện cần thiết: Môi trường hiếu khí, pH từ 7–8, nhiệt độ từ 25–35°C.

3.1.2. Quá trình khử Nitrat (Denitrification)

  • Nguyên lý: Trong điều kiện thiếu khí (anoxic), vi khuẩn khử nitrat sử dụng nguồn carbon hữu cơ để khử NO₃⁻ thành khí nitơ (N₂), giải phóng khỏi hệ thống.
  • Phương trình phản ứng:

NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO → N₂O → N₂ (bay hơi)

  • Điều kiện cần thiết: Môi trường thiếu oxy, có nguồn carbon hữu cơ (methanol, acetic, BOD), pH trung tính.

3.2. Xử lý Photpho

Xử lý photpho sinh học dựa trên khả năng tích lũy photpho của nhóm vi sinh vật PAOs (Phosphorus Accumulating Organisms).

Trong pha kỵ khí, các vi sinh vật PAOs sẽ hấp thụ các hợp chất carbon dễ phân hủy như axetat và đồng thời giải phóng phosphat ra khỏi tế bào vào trong nước. Khi chuyển sang pha hiếu khí, các vi sinh vật này sẽ hấp thụ lại phosphat với lượng lớn hơn để tổng hợp polyphosphate nội bào.

Nhờ cơ chế này, photpho được tích lũy trong tế bào vi sinh và cuối cùng được loại bỏ khỏi hệ thống cùng với bùn sinh học khi tách bùn.

4. Phương pháp xử lý kết hợp cả Nito và photpho bằng phương pháp sinh học

Xử lý Nito và photpho bằng thực vật
Xử lý Nito và photpho bằng thực vật

Trong thực tế, hệ thống xử lý thường được thiết kế để loại bỏ đồng thời cả N và P nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý toàn diện.

4.1. Các quá trình xử lý cơ bản

Một số hệ thống xử lý kết hợp nổi bật:

  • A²/O (Anaerobic-Anoxic-Oxic): Ba vùng xử lý liên tiếp – kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí – cho phép xử lý cả photpho và nito hiệu quả. PAOs phát triển ở vùng kỵ khí; còn quá trình khử Nitrat hoạt động ở vùng thiếu khí.
  • Qúa trình UCT (University of Cape Town): Biến thể nâng cấp của A²/O, bổ sung tuần hoàn nội dòng nước từ hiếu khí về yếm khí, nhằm ngăn nitrat từ bùn tuần hoàn đi vào bể yếm khí, qua đó tối ưu hóa quá trình khử photpho. 
  • Bardenpho: Gồm nhiều pha hiếu khí – thiếu khí xen kẽ giúp tăng cường hiệu quả khử nitrat và khử photpho.
  • Qúa trình VIP (Virginia Initiative Plant): Tương tự A2O nhưng không có tuần hoàn nội dòng nước từ bể hiếu khí về thiếu khí, điều này giảm sự cản trở quá trình khử nitrat trong bể thiếu khí. Bùn vẫn được tuần hoàn từ hiếu khí về yếm khí.

4.2. Xử lý Nito và photpho trong điều kiện tự nhiên

Bên cạnh các công nghệ hiện đại, các hệ thống xử lý tự nhiên như đất ngập nước nhân tạo hoặc ao hồ sinh học cũng được ứng dụng hiệu quả trong xử lý nitơ và photpho.

Trong các hệ thống này, cây thủy sinh đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ nitơ và photpho, đồng thời rễ cây tạo môi trường thuận lợi cho các quá trình sinh học như nitrat hóa và khử nitrat. Trầm tích và vi sinh vật cũng góp phần tích cực vào quá trình tích lũy và khoáng hóa photpho.

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành thấp, dễ dàng quản lý và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn và hiệu quả xử lý có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết cũng như thiết kế hệ thống.

5. Kết luận

Phương pháp sinh học là một trong những hướng tiếp cận tối ưu để xử lý Nito và photpho trong nước thải. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động sẽ giúp thiết kế và vận hành hệ thống hiệu quả hơn, đồng thời thúc đẩy các giải pháp xử lý nước thải bền vững trong tương lai.

Xem thêm: Phân loại và xử lý rác hữu cơ – Hướng đi bền vững trong nông nghiệp

Xem thêm: 5+ Sự cố hệ thống MBR thường gặp: Nguyên nhân và biện pháp khắc phục

Dịch vụ xử lý chất thải – Công ty TNHH Công nghệ môi trường Hòa Bình Xanh

Công ty TNHH Công nghệ môi trường Hòa Bình Xanh với đội ngũ thạc sỹ, kỹ sư giàu kinh nghiệm đã đầu tư nghiên cứu, đánh giá kỹ lưỡng các công nghệ xử lý và tìm các phương án xử lý chất lượng tốt nhất, chi phí hợp lý trong thời gian ngắn nhất. Sự hiểu biết và tận tâm của đội ngũ là yếu tố quan trọng giúp chúng tôi đảm bảo hiệu quả và an toàn cho từng dự án.

Quý doanh nghiệp có nhu cầu hợp tác công ty hãy liên hệ với chúng tôi qua hotline 0943.466.579 để nhận được sự hỗ trợ nhanh nhất và tận tình nhất.

Ứng dụng và ưu nhược điểm của bể ASBR trong xử lý nước thải - Hòa Bình Xanh

Nhận xét bài viết!