Xử lý amoni trong nước thải công nghiệp

Nhu cầu oxy để oxy hóa amoni nằm hoàn toàn ngoài phần oxy dành cho BOD, và quá trình này còn tiêu thụ độ kiềm của nước thải theo một định mức cố định. Hai khoản đó mà tính thiếu thì hệ thống không thể đạt chỉ tiêu amoni. Bài viết đi qua công nghệ xử lý amoni trong nước thải công nghiệp, ngành nào bắt buộc kiểm soát và ngưỡng xả thải hiện hành.

Xử lý amoni trong nước thải công nghiệp bằng những công nghệ nào?

Xử lý amoni trong nước thải công nghiệp sử dụng 2 nhóm công nghệ. Nhóm sinh học chuyển hóa amoni thành khí nitơ và đưa nitơ ra khỏi pha nước dưới dạng khí, còn nhóm hóa lý thì tách amoni ra khỏi pha nước hoặc oxy hóa nó bằng hóa chất. Khác biệt cốt lõi nằm ở chỗ amoni đi về đâu sau khi rời khỏi bể.

Sự khác biệt đó kéo theo hệ quả trực tiếp về chi phí. Khi chọn một phương án hóa lý, bạn đồng thời phải chuẩn bị một công đoạn xử lý mới cho dòng thải mà phương án ấy sinh ra.

Bảng dưới đây so sánh 5 phương án theo cơ chế và hóa chất tiêu hao:

Bảng trên cho bạn nguyên tắc chọn lựa đầu tiên. Nhóm sinh học chỉ sinh bùn dư, thứ mà trạm xử lý sinh học vốn đã có công đoạn xử lý, trong khi nhóm hóa lý sinh ra thêm một dòng thải mới cần đầu tư riêng.

Nguyên tắc thứ hai liên quan đến đặc tính nước thải. Tỷ lệ giữa carbon hữu cơ và nitơ quyết định phương án nào khả thi, nên hai dòng nước thải cùng nồng độ amoni vẫn có thể cần hai giải pháp hoàn toàn khác nhau.

Công nghệ sinh học nitrat hóa – khử nitrat hoạt động ra sao?

Công nghệ sinh học nitrat hóa – khử nitrat hoạt động qua 2 giai đoạn nối tiếp, đặt trong hai môi trường oxy trái ngược nhau. Nitrat hóa diễn ra ở bể hiếu khí. Khử nitrat diễn ra ở bể thiếu khí.

Chuỗi phản ứng bắt đầu từ nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni, chúng chuyển NH4+ thành nitrit NO2-. Nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrit tiếp nhận sản phẩm trung gian này rồi chuyển tiếp NO2- thành nitrat NO3-. Cả hai đều là vi khuẩn tự dưỡng: chúng lấy carbon từ CO2 và bicarbonat thay vì từ chất hữu cơ, đồng thời thu năng lượng từ chính phản ứng oxy hóa mà chúng thực hiện.

Từ phương trình hợp thức của phản ứng nitrat hóa, chúng ta rút ra được hai định mức chi phối việc thiết kế cụm hiếu khí.

Định mức thứ nhất là oxy. Phương trình NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O cho tỷ lệ mol 1:2, quy đổi ra khối lượng thì mỗi gam nitơ cần 4,57g oxy. Đây là phần nhu cầu oxy nằm ngoài phần dành cho BOD.

Con số này giải thích một lỗi thiết kế thường gặp trong xử lý amoni trong nước thải công nghiệp: hệ thống chỉ tính công suất máy thổi khí theo tải lượng BOD sẽ thiếu công suất khi phải nitrat hóa. Kết quả là amoni đầu ra không đạt dù bùn hoạt tính vẫn khỏe.

Định mức thứ hai là độ kiềm. Phản ứng sinh ra 2 mol H+ cho mỗi mol nitơ, lượng axit này trung hòa 1 mol CaCO3, tức là mỗi gam nitơ tiêu thụ 7,14 g CaCO3. Hệ quả trực tiếp là pH trong bể hiếu khí giảm dần, và nước thải nghèo độ kiềm sẽ khiến quá trình nitrat hóa chậm lại.

Giai đoạn khử nitrat chạy theo cơ chế ngược lại. Vi khuẩn dị dưỡng dùng nitrat làm chất nhận điện tử và carbon hữu cơ làm chất cho điện tử, sản phẩm cuối là khí N2 thoát ra khí quyển. Phản ứng này hoàn trả 3,57 g CaCO3 cho mỗi gam nitơ được khử, đúng bằng một nửa lượng đã mất ở bước trước.

Từ đây rút ra nguyên tắc bố trí công trình: đặt bể thiếu khí phía trước bể hiếu khí rồi tuần hoàn nước về, để vừa tận dụng độ kiềm hoàn trả vừa tận dụng luôn carbon có sẵn trong nước thải đầu vào.

Có thể bạn quan tâm: Quy trình xử lý nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp giới hạn nguồn carbon cần một hướng xử lý riêng. Hệ thống nitrat hóa vẫn chạy và vẫn sinh ra nhiều nitrat, nhưng bể thiếu khí không đủ carbon để khử hết lượng nitrat đó, nên tổng nitơ đầu ra vượt chuẩn dù amoni đã đạt. Giải pháp là bổ sung nguồn carbon từ bên ngoài, thường là methanol hoặc mật rỉ đường, với liều lượng phải xác định bằng thí nghiệm trên chính nước thải của nhà máy.

Anammox đi theo một con đường khác hẳn. Vi khuẩn Anammox kết hợp trực tiếp NH4+ với NO2- để tạo khí N2, nên hệ thống chỉ cần oxy hóa một phần amoni thành nitrit. Lợi ích đến từ hai phía: nhu cầu oxy giảm vì không phải đưa toàn bộ nitơ lên nitrat, còn nhu cầu carbon hữu cơ bằng không vì Anammox cũng là vi khuẩn tự dưỡng.

Khi nào nên dùng phương pháp hóa lý để tách amoni?

Phương pháp hóa lý được dùng khi cụm sinh học không đủ điều kiện hoạt động, và có hai trường hợp điển hình.

Trường hợp thứ nhất là nước thải thiếu carbon hữu cơ so với lượng nitơ, khiến bước khử nitrat không có chất cho điện tử để chạy. Trường hợp thứ hai là nước thải kèm chất độc với vi sinh, mà ngành sản xuất than cốc là ví dụ được chính quy chuẩn ghi nhận: Phụ lục 2 QCVN 40:2025/BTNMT liệt kê nước thải ngành này chứa đồng thời amoni, phenol, xianua và sunfua.

Cơ sở kỹ thuật của cả nhóm nằm ở dạng tồn tại của amoni. Amoni cân bằng giữa hai dạng là ion NH4+ và khí hòa tan NH3, cân bằng dịch về phía NH3 khi pH tăng. Đây chính là nguyên lý vận hành của tháp air stripping.

Bốn phương án hóa lý được áp dụng phổ biến:

• Tháp air stripping: nâng pH bằng vôi hoặc NaOH để đẩy cân bằng về phía NH3, sau đó dùng dòng khí ngược chiều mang khí NH3 ra khỏi nước.
• Trao đổi ion bằng zeolit tự nhiên: hạt clinoptilolit giữ lại ion NH4+ và nhả ra cation Na+ hoặc Ca2+ theo đúng đương lượng.
• Clo hóa điểm gãy: cấp clo dư để oxy hóa amoni thành khí nitơ. Phương trình 2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl cho định mức 7,6 g clo cho mỗi gam nitơ.
• Kết tủa struvite: bổ sung Mg2+ và PO43- để tạo tinh thể MgNH4PO4·6H2O, công thức này cho tỷ lệ mol 1:1:1 giữa ba thành phần.

Mỗi phương án đều đi kèm một yêu cầu kỹ thuật bổ sung mà bạn không được bỏ qua.

Tháp air stripping chuyển amoni sang pha khí, nên bắt buộc phải có tháp hấp thụ NH3 bằng dung dịch axit phía sau; nếu bỏ qua bước này thì ô nhiễm chỉ đơn giản chuyển từ nước sang khí. Trao đổi ion cũng vậy, vật liệu cần tái sinh định kỳ bằng dung dịch muối, và dòng nước tái sinh rất đậm đặc nên phải xử lý riêng.

Clo hóa điểm gãy sinh ra hợp chất chứa clo, và đây là lý do quy chuẩn buộc kiểm soát thêm chỉ tiêu clo cùng cloroform. Ràng buộc này ghi tại Mục 4.1.3 QCVN 40:2025/BTNMT, áp dụng cho mọi cơ sở có dùng clo hoặc hóa chất khử trùng gốc clo.

Kết tủa struvite là ngoại lệ đáng chú ý trong nhóm. Sản phẩm thu được là tinh thể có giá trị sử dụng, nên đây là phương án duy nhất cho ra sản phẩm thay vì dòng thải.

Amoni trong nước thải công nghiệp phát sinh từ ngành nào?

Amoni trong nước thải công nghiệp phát sinh từ nhiều nhóm ngành khác nhau, và Phụ lục 2 QCVN 40:2025/BTNMT liệt kê cụ thể từng loại hình phải kiểm soát chỉ tiêu này. Đây là danh mục pháp lý, không phải nhận định kỹ thuật.

Dưới đây là các nhóm ngành mà quy chuẩn ghi amoni là thông số ô nhiễm đặc trưng:

• Sản xuất, chế biến thực phẩm (mã ngành C 10), gồm chế biến thịt, thủy sản, rau quả, sữa, xay xát và thức ăn chăn nuôi.
• Sản xuất đồ uống (C 11) và sản xuất sợi, vải dệt thoi (C 13).
• Sản xuất trang phục (C 14) và sản xuất da, sản phẩm từ da (C 15).
• Sản xuất giấy (C 17), sản xuất than cốc (C 1910), sản phẩm dầu mỏ tinh chế (C 1920).
• Sản xuất phân bón và hợp chất nitơ (C 2012) cùng các nhóm hóa chất cơ bản (C 20113, C 20114, C 20119).
• Sản xuất thuốc, hóa dược (C 21), sản phẩm từ cao su (C 221), sản phẩm từ plastic (C 222).
• Sản xuất sắt, thép, gang (C 241), kim loại quý và kim loại màu (C 242), đúc kim loại (C 243).
• Sản xuất sản phẩm điện tử (C 26), thiết bị điện (C 27), pin và ắc quy (C 272).
• Sản xuất ô tô, xe có động cơ (C 29, C 30) và máy móc thiết bị (C 28).
• Nhiệt điện than (D 35112), xử lý nước thải (E 37002), xử lý và tiêu hủy rác thải (E 38).
• Bệnh viện, trạm y tế (Q 861), phòng thí nghiệm (M 712), thú y (M 75), sân golf (R 93110).

Danh sách này cho thấy một điều quan trọng: amoni không phải vấn đề riêng của ngành thực phẩm, mà ngay cả nhà máy điện tử, cơ sở đúc kim loại hay sân golf cũng nằm trong diện phải kiểm soát.

Tham khảo thêm: Xử lý nước thải ngành cao su

Với một số ngành, quy chuẩn còn ràng buộc chặt hơn. Nhóm chế biến thực phẩm phải kiểm soát đồng thời amoni, tổng nitơ và tổng phốt pho, trong khi nhóm sản xuất than cốc phải kiểm soát amoni cùng phenol, xianua, sunfua và nhiều kim loại nặng.

Trường hợp đặc biệt nằm ở hệ thống xử lý nước thải tập trung. Loại hình này kiểm soát amoni theo quy định chung, nhưng nếu tiếp nhận nước thải từ các ngành khác trong khu công nghiệp thì phải kiểm soát thêm toàn bộ thông số đặc trưng của chính những ngành đó.

Ngưỡng amoni nào được phép xả thải theo QCVN 40:2025/BTNMT?

Ngưỡng amoni với nước thải công nghiệp là 5,0 mg/L ở cột A, 10 mg/L ở cột B và 12 mg/L ở cột C. Cả ba giá trị đều tính theo N và lấy từ Bảng 2 QCVN 40:2025/BTNMT.

Quy chuẩn ban hành kèm Thông tư số 06/2025/TT-BTNMT ngày 28/02/2025 và thay thế 11 quy chuẩn cũ, trong đó có QCVN 40:2011/BTNMT, QCVN 28:2010/BTNMT về nước thải y tế, QCVN 11-MT:2015/BTNMT về chế biến thủy sản và QCVN 13-MT:2015/BTNMT về dệt nhuộm.

Trước tiên bạn cần xác định quy chuẩn có áp dụng cho mình hay không. Mục 1.1.2 nêu rõ bốn nhóm nằm ngoài phạm vi điều chỉnh: nước khai thác thải từ công trình dầu khí trên biển, nước thải chăn nuôi, nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị, khu dân cư tập trung.

Ba cột phân vùng được xác định theo nguồn tiếp nhận, và mỗi cột có nhiều hơn một căn cứ xác định. Cột A áp dụng cho nguồn có chức năng cấp nước sinh hoạt, hoặc nguồn thuộc Mức A tại Bảng 2 và Bảng 3 QCVN 08:2023/BTNMT. Cột B áp dụng cho nguồn thuộc Mức B của cùng hai bảng đó, còn cột C dành cho các nguồn không thuộc hai trường hợp trên.

Với cả cột A và cột B, quy chuẩn còn quy định thêm một trường hợp đặc biệt. Ủy ban nhân dân cấp tỉnh có thẩm quyền quy định phân vùng xả thải cho địa phương mình, nên bạn cần tra cứu quy định của tỉnh trước khi kết luận nhà máy thuộc cột nào.

Ngoài amoni, nhóm chỉ tiêu hữu cơ còn thay đổi theo lưu lượng xả thải:

Quy chuẩn cho phép doanh nghiệp chọn giữa COD và TOC, bạn chỉ cần áp dụng một trong hai. Riêng amoni và tổng nitơ thì không phân theo lưu lượng: chúng nằm ở Bảng 2 và chỉ phân theo ba cột, với tổng nitơ lần lượt là 20, 40 và 60 mg/L.

Bảng dưới đây so sánh hai phiên bản quy chuẩn:

Điểm dễ bị bỏ sót nằm ở hai hệ số Kq và Kf, và đây cũng là thay đổi tác động mạnh nhất tới chỉ tiêu amoni.

QCVN 40:2011 quy định Kq theo lưu lượng nguồn tiếp nhận, sông có lưu lượng trên 500 m3/s được hệ số 1,2. Quy chuẩn cũng quy định Kf theo lưu lượng nguồn thải, cơ sở xả dưới 50 m3/ngày được hệ số 1,2.

Hãy ghép hai hệ số vào một tình huống cụ thể. Một nhà máy nhỏ áp dụng cột B và xả ra sông lớn thì giới hạn amoni thực tế của nhà máy đó là 10 × 1,2 × 1,2 = 14,4 mg/L.

QCVN 40:2025 đã bỏ hoàn toàn cơ chế nhân hệ số. Giá trị amoni ghi trong bảng vẫn giữ nguyên 5,0 và 10 mg/L, nhưng ngưỡng thực tế phải đạt lại chặt hơn trước, và nhà máy trong ví dụ trên phải hạ amoni từ 14,4 xuống 10 mg/L.

Cách đấu nối cũng quyết định quy chuẩn nào được áp dụng. Nước thải sinh hoạt của nhà máy nếu nhập chung với nước thải công nghiệp sẽ quản lý theo QCVN 40:2025/BTNMT theo Mục 4.8, và nước thải chăn nuôi nhập chung cũng chịu cách quản lý tương tự. Trường hợp ngược lại được xử lý khác hẳn: nước thải sinh hoạt thu gom và xử lý riêng thì áp dụng quy chuẩn về nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị, theo Mục 4.9.

Nhà máy nằm trong khu công nghiệp có thêm một lớp ràng buộc. Mục 4.11 quy định nước thải đấu nối vào hệ thống xử lý tập trung phải đáp ứng yêu cầu của chủ đầu tư hạ tầng, và yêu cầu đó hoàn toàn có thể chặt hơn giá trị ghi trong quy chuẩn.

Khâu cuối cùng là phương pháp thử nghiệm. Phụ lục 1 QCVN 40:2025/BTNMT liệt kê các phương pháp được chấp nhận cho chỉ tiêu amoni, gồm TCVN 5988-1995, TCVN 9242:2012, TCVN 6179-1:1996, TCVN 6660:2000 và một số phương pháp SMEWW.

Công ty Cổ phần Công nghệ Môi Trường ENVICO

Envico là một trong những đơn vị hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ môi trường. Envico đã thực hiện hàng nghìn dự án phục vụ cho cộng đồng và các doanh nghiệp trong nước và nước ngoài. Chúng tôi hỗ trợ các nhà đầu tư thiết kế – xây dựng các hệ thống khống chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường và phát triển công nghệ sản xuất sạch hơn.

Bằng kiến thức kinh nghiệm và bí quyết của mình, Công ty Cổ phần Công nghệ Môi Trường ENVICO tự hào được phục vụ cho dự án của khách hàng với hiệu quả đầu tư tốt nhất, thẩm mỹ và bền vững.

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ENVICO

Địa chỉ: Lầu 3, Indochina Tower, 4 Nguyễn Đình Chiểu, P. ĐaKao, Quận 1, Tp. HCM

Hotline: 0909 794 445 (Mr.Huy)

Điện thoại: (028) 66 797 205

E-mail: admin@envico.vn

Website: Congnghemoitruong.net