Nitơ trong nước thải sinh hoạt: Nguyên nhân và cách xử lý hiệu quả

Nitơ trong nước thải là một trong những thông số quan trọng cần kiểm soát bởi đây không chỉ là một chỉ tiêu dùng để đánh giá chất lượng nước sau xử lý mà còn liên quan trực tiếp đến sự ổn định của hệ vi sinh trong công trình sinh học. Trong nước thải sinh hoạt, Nitơ chủ yếu bắt nguồn từ chất thải của con người, nước tiểu, phân, thực phẩm và các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ. Khi đi vào hệ thống xử lý, những hợp chất này liên tục biến đổi giữa nhiều dạng khác nhau như Nitơ hữu cơ, Amoni, Nitrit và Nitrat. Nếu quá trình chuyển hóa không được kiểm soát tốt, Amoni hoặc Tổng Nitơ có thể vẫn ở mức cao tại đầu ra, gây khó khăn cho việc đáp ứng yêu cầu xả thải. Vì vậy, xử lý Nitơ không đơn thuần là bổ sung một loại hóa chất hay chế phẩm vi sinh mà cần hiểu đúng cơ chế chuyển hóa và điều kiện vận hành của toàn bộ hệ thống.

Nitơ trong nước thải sinh hoạt phát sinh từ đâu?

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ nhà ở, chung cư, trường học, khách sạn, nhà hàng, văn phòng và các khu vực có hoạt động sinh hoạt tập trung thường chứa một lượng đáng kể các hợp chất Nitơ. Phần lớn Nitơ bắt nguồn từ protein, amino acid, urê và các chất thải sinh học của con người. Trong đó, nước tiểu là nguồn đóng góp Nitơ đáng kể và các hợp chất Nitơ trong nước thải có thể nhanh chóng được chuyển hóa thành Amoni trong điều kiện thích hợp. Đây cũng là lý do Amoni thường chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng lượng Nitơ của nước thải sinh hoạt.

Điểm đáng chú ý là bể tự hoại không loại bỏ hoàn toàn Nitơ. Quá trình phân hủy kỵ khí tại đây có thể làm giảm một phần chất hữu cơ nhưng Nitơ vẫn tiếp tục tồn tại chủ yếu dưới dạng Amoni và theo dòng nước đi vào các công trình xử lý phía sau. Khi nước thải tiếp tục được đưa qua bể sinh học, Amoni sẽ trở thành đối tượng cần được xử lý thông qua các quá trình chuyển hóa sinh học. Vì vậy, việc chỉ tập trung giảm COD hoặc BOD mà không quan tâm đến tải lượng Nitơ có thể khiến hệ thống vẫn gặp vấn đề ở giai đoạn xử lý cuối.

Trong thực tế vận hành, Nitơ trong nước thải thường được xem xét dưới các dạng Nitơ hữu cơ, Amoni, Nitrit và Nitrat. Tổng Nitơ là chỉ tiêu phản ánh tổng lượng Nitơ tồn tại trong các dạng này và mỗi dạng lại liên quan đến một giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý sinh học.

Vì sao Amoni và Tổng Nitơ trong nước thải thường cao?

Amoni cao có thể xuất phát từ chính đặc tính của nước thải đầu vào nhưng cũng có thể là dấu hiệu cho thấy quá trình xử lý sinh học đang gặp vấn đề. Khi hệ thống mới khởi động, quần thể vi sinh Nitrat hóa chưa phát triển đầy đủ, khả năng chuyển hóa Amoni thường chưa ổn định. Tình trạng tương tự cũng có thể xuất hiện sau một thời gian hệ thống ngừng hoạt động, khi bùn vi sinh bị suy giảm hoặc sau một sự cố khiến quần thể vi sinh bị sốc.

Điều kiện vận hành cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý Amoni. Quá trình Nitrat hóa cần oxy hòa tan, do đó nếu DO trong vùng hiếu khí không được duy trì phù hợp thì hoạt tính của nhóm vi sinh Nitrat hóa có thể giảm. Bên cạnh đó, quá trình này tiêu thụ độ kiềm và có thể làm pH giảm, vì vậy một hệ thống có tải Amoni cao nhưng không được kiểm soát pH và độ kiềm sẽ khó duy trì hiệu suất ổn định trong thời gian dài. Tuổi bùn, lượng sinh khối, nhiệt độ, tải lượng Amoni và khả năng lưu giữ vi sinh trong bể cũng cần được xem xét đồng thời.

Một trường hợp khác thường gặp là Amoni đã được chuyển hóa thành Nitrat nhưng Tổng Nitơ vẫn cao. Khi đó vấn đề có thể nằm ở công đoạn khử Nitrat. Nếu vùng thiếu khí không đủ điều kiện, thiếu nguồn Carbon dễ phân hủy hoặc quá trình tuần hoàn Nitrat không phù hợp, Nitrat sẽ tiếp tục tồn tại trong nước thay vì được chuyển hóa thành khí Nitơ. Đây là lý do việc xử lý Tổng Nitơ cần nhìn toàn bộ chuỗi Nitrat hóa và khử Nitrat thay vì chỉ tập trung vào một bể xử lý.

Cơ chế xử lý Nitơ bằng phương pháp sinh học

Xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt thường dựa trên sự phối hợp giữa hai quá trình chính là Nitrat hóa và khử Nitrat. Ở giai đoạn hiếu khí, các nhóm vi sinh Nitrat hóa thực hiện quá trình oxy hóa Amoni. Về cơ bản, Amoni được chuyển hóa thành Nitrit và sau đó Nitrit tiếp tục được oxy hóa thành Nitrat. Các nhóm vi sinh như Nitrosomonas và Nitrobacter thường được nhắc đến trong quá trình này. Tuy nhiên, để quá trình diễn ra ổn định, việc có vi sinh phù hợp thôi chưa đủ mà cần duy trì điều kiện môi trường thích hợp cho chúng phát triển.

Sau khi Nitrat được hình thành, hệ thống cần tiếp tục loại bỏ Nitơ thông qua quá trình khử Nitrat tại vùng thiếu khí. Khi có đủ điều kiện về nguồn Carbon và môi trường thiếu oxy, các vi sinh vật khử Nitrat có thể sử dụng Nitrat trong quá trình trao đổi chất và chuyển hóa cuối cùng thành khí Nitơ, giúp Nitơ được loại khỏi pha nước. Đây là cơ sở của nhiều công nghệ xử lý sinh học kết hợp Anoxic – Aerobic, AAO, SBR hoặc MBBR.

Vì vậy, khi đánh giá một hệ thống xử lý Nitơ, cần quan sát sự thay đổi của cả NH4-N, NO2-N, NO3-N và Tổng Nitơ. Nếu Amoni cao nhưng Nitrat thấp, cần kiểm tra khả năng Nitrat hóa. Nếu Amoni thấp nhưng Nitrat tích tụ, cần xem xét công đoạn khử Nitrat. Cách đánh giá theo chuỗi chuyển hóa này giúp người vận hành xác định đúng nguyên nhân thay vì xử lý theo kiểu bổ sung vi sinh một cách đại trà.

Đọc thêm giải pháp chuyên sâu FUGREEN AMO5: https://fugreen.com.vn/kham-pha-cong-nghe-vi-sinh-khu-amoni-nito-photphat/

Làm thế nào để kiểm soát Nitơ trong hệ thống xử lý nước thải?

Muốn duy trì khả năng xử lý Nitơ ổn định, trước tiên cần kiểm soát các điều kiện cơ bản của hệ thống. Bể hiếu khí phải có khả năng cung cấp oxy phù hợp cho quá trình Nitrat hóa, đồng thời pH và độ kiềm cần được theo dõi khi tải lượng Amoni lớn. Sinh khối cũng phải được duy trì ở mức phù hợp, bởi vi sinh Nitrat hóa có tốc độ phát triển tương đối chậm và dễ bị ảnh hưởng khi hệ thống bị mất bùn hoặc thay đổi tải lượng đột ngột.

Ở công đoạn thiếu khí, nguồn Carbon dễ phân hủy đóng vai trò quan trọng đối với quá trình khử Nitrat. Nếu nước thải sau các công đoạn phía trước đã bị loại bỏ phần lớn Carbon dễ phân hủy, quá trình khử Nitrat có thể không đạt hiệu quả như mong muốn. Ngoài ra, việc tuần hoàn Nitrat từ vùng hiếu khí về vùng thiếu khí, thời gian lưu và khả năng khuấy trộn cũng cần được kiểm tra để đảm bảo vi sinh tiếp xúc đầy đủ với cơ chất.

Trong trường hợp hệ thống đã được vận hành nhưng Amoni vẫn cao kéo dài, việc bổ sung vi sinh chuyên dụng có thể được xem xét sau khi các điều kiện vận hành cơ bản đã được kiểm tra. FUGREEN AMO5 hiện được FUGREEN định hướng cho các hệ thống cần xử lý Amoni và Nitơ, với các chủng vi sinh được công bố gồm Nitrosomonas spp., Nitrobacter spp. cùng các nhóm Bacillus; sản phẩm được ứng dụng tại bể SBR, Aerotank và Anoxic.

Quy chuẩn Nitơ trong nước thải sinh hoạt và giải pháp FUGREEN

Một điểm cần đặc biệt lưu ý khi tham khảo các bài viết cũ trên Internet là quy chuẩn về nước thải sinh hoạt đã có thay đổi. Bài viết của Biogency hiện vẫn sử dụng QCVN 14-MT:2015/BTNMT và đưa ra giới hạn Tổng Nitơ 20–40 mg/L, Amoni 5–10 mg/L. Đây là thông tin cần cập nhật nếu sử dụng bài viết làm tài liệu tham khảo hiện nay. QCVN 14:2025/BTNMT được ban hành ngày 28/02/2025 và có hiệu lực từ 01/09/2025; đối với nước thải sinh hoạt của dự án, cơ sở, quy chuẩn mới quy định Amoni tính theo N ở mức ≤6,0; ≤8,0 và ≤10 mg/L, trong khi Tổng Nitơ tương ứng là ≤25; ≤30 và ≤40 mg/L cho các mức A, B và C. Việc áp dụng giới hạn cụ thể vẫn cần căn cứ đúng đối tượng, nguồn tiếp nhận và hồ sơ pháp lý của từng cơ sở.

Về mặt giải pháp sinh học, FUGREEN AMO5 có thể được sử dụng để hỗ trợ hệ thống trong những trường hợp cần tăng cường quần thể vi sinh tham gia xử lý Amoni và Nitơ. Thông tin sản phẩm hiện công bố mật độ vi sinh 5 × 10⁹ CFU/g và khả năng ứng dụng tại SBR, Aerotank, Anoxic, đồng thời hỗ trợ giảm Amoni, Tổng Nitơ và phục hồi quá trình Nitrat hóa. Tuy nhiên, chế phẩm vi sinh không thể thay thế việc vận hành đúng thiết kế. Hiệu quả xử lý phụ thuộc đồng thời vào tải lượng đầu vào, DO, pH, độ kiềm, sinh khối, nguồn Carbon, thời gian lưu và cấu hình thực tế của hệ thống.

Thông tin liên hệ chi tiết:

• CÔNG TY TNHH MÔI TRƯỜNG FUGREEN
• Mã số thuế: 0317704005
• Tên địa chỉ: Số 43 đường số 1, Kp. Bình Đường 2, P. Dĩ An, TP. Hồ Chí Minh
• SĐT: 1900 561 504
• Email: info@fugreen.com.vn