Các hợp chất của nitơ có trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong tự nhiên, trong các chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng Nitrat, Nitrit, Amoniac và cả dạng nguyên tố Nitơ (N2).
Tùy theo mức độ có mặt của các hợp chất nitơ mà ta có thể biết được mức độ ô nhiễm nguồn nước. Khi nước mới bị nhiễm bẩn bởi phân bón hoặc nước thải, trong nguồn nước có NH3, NO2- và NO3-. Sau một thời gian NH3 và NO2-bị oxy hóa thành NO3-. Như vậy:
Nếu nước chứa NH3 và nitơ hữu cơ thì coi như nước mới bị nhiễm bẩn và nguy hiểm.
Nếu nước chủ yếu có NO2- thì nước đã bị ô nhiễm thời gian dài hơn, ít nguy hiểm hơn.
Nếu nước chủ yếu là NO3- thì quá trình oxy hóa đã kết thúc.
Ở điều kiện yếm khí, NO3- sẽ bị khử thành N2 bay lên. Amoniac là chất gây nhiễm độc trầm trọng cho nước, gây độc cho loài cá.
Việc sử dụng rộng rãi các nguồn phân bón hóa học cũng làm cho hàm lượng amoniac trong nước tự nhiên tăng lên. Trong nước ngầm và nước đầm lầy hay gặp Nitrat(NO3-) và amoniac với hàm lượng cao.
CÁC GIẢI PHÁP
1. Phương pháp khử ion Amoni
1.1. Phương pháp Clo hóa nước đến điểm đột biến
Khi cho CLo vào nước, trong nước tạo ra axit hypoclorit
Cl2 + H2O ⇔ HCl + HOCl
Axit hypoclorit kết hợp với NH4+ tạo thành Cloramin. Khi nhiệt độ nước ≥200C, pH ≥7 phản ứng diễn ra như sau:
OH- + NH4+→ NH4OH ⇔ NH3 + H2O
NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O monocloramin
NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O dicloramin
NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O tricloramin
Quá trình kết thúc sau 3 phút khuậy trộn nhẹ. Tại điểm oxy hóa hết Cloramin và trong nước xuất hiện Clo tự do gọi là điểm đột biến. Sau khi khử hết NH4+ trong nước cò lại lượng clo dư lớn, phải khử clo dư trước khi cấp cho người tiêu thụ.
♦ Khử Clo dư trong nước sau khi lọc bằng Natrisunfit (Na2SO3)
Na2SO3 + Cl2 + H2O → 2HCl + Na2SO4
♦ Khử Clo dư trong nước sau khi lọc bằng Trionatrisunfit (Na2S2O3)
4Cl2 + Na2S2O3 + 5H2O → 2NaCl+ 6HCl + 2H2SO4
Quá trình diễn ra hoàn chỉnh sau 15 phút khuấy trộn đều hóa chất và nước
1.2. Phương pháp làm thoáng
Muốn khử NH4+ ra khỏi nước bằng phương pháp làm thoáng, phải đưa pH của nước nguồn lên 10.5 – 11.0 để biến 99% NH4+ thành khí NH3 hòa tan trong nước.
♦ Nâng pH của nước thô: Để nâng pH của nước thô lên 10.5 – 11.0 thường dùng vôi hoặc xút. Sau bể lọc pha axit vào nước để đưa pH từ 10.5 – 11.0 xuống còn 7.5
♦ Tháp làm thoáng khử khí amoniac NH3 thường được thiết kế để khử khí amoniac có hàm lượng đầu vào 20 – 40 mg/l, đầu ra khỏi giàn hàm lượng còn lại 1 – 2mg/l, như vậy hiệu quả khử khí của tháp phải đạt 90 – 95%. Hiệu quả khử khí NH3 của tháp làm thoáng khi pH ≥11 phụ thuộc nhiều nhiệt độ của nước. Khi nhiệt độ nước tăng, tốc độ và số lượng ion NH4 chuyển hóa thành NH3 tăng nhanh.
1.3. Phương pháp trao đổi ion
Để khử NH4+ ra khỏi nước có thể áp dụng phương pháp lọc qua bể lọc cationit. Qua bể lọc cationit, lớp lọc sẽ giữ lại ion NH4+ hòa tan trong nước trên bề mặt hạt và cho vào nước ion Na+. Để khử NH4+ phải giữ pH của nước nguồn lớn hơn 4 và nhỏ hơn 8. Vì khi pH ≤ 4, hạt lọc cationit sẽ giữ lại cả ion H+ làm giảm hiệu quả khử NH4+ . Khi pH > 8 một phần ion NH4+ chuyển thành NH3 dạng khí hòa tan không có tác dụng với hạt cationit.
1.4. Phương pháp sinh học
Lóc nước đã được khử hết sắt và cặn bẩn qua bể lọc chậm hoặc bể lọc nhanh, thổi khí lien tục từ dưới lên. Do quá trình hoạt động vi khuẩn Nitrosomonas oxi hóa NH4+ thành NO2- và vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa NO2-thành NO3- . Quá trình diễn ra theo phương trình:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O
1.02NH4++ 1.89O2 + 2.02HCO3- → 0.21C5H7O2N + 1.0NO3- + 1.92 H2CO3 + 1.06H2O
2. Khử Nitrate NO3-
Để khử nitrat dùng lọc thẩm thấu ngược RO, điện phân, trao đổi ion trong các bể lọc ionit.
Điều kiện áp dụng phương pháp trao đổi ion
♦ Nước có hàm lượng cặn < 1mg/l.
Tổng hàm lượng ion NO3- và SO42- và Cl- có sẵn trong nước phải nhỏ hơn 250 mg/l là hàm lượng ion Cl- lớn nhất cho phép có trong nước ăn uống. Vì khi lọc qua bể lọc anionit các ion SO42-, NO3- được giữ lại, thay bằng ion Cl- khi hoàn nguyên bể lọc anionit bằng dung dịch muối ăn.
