TS Đỗ Văn Mạnh và TS Nguyễn Viết Thoàn công tác tại Viện Khoa học Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Thu hồi amoni trong nước thải
Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước. Nước thải có chứa amoni thải vào môi trường khi chưa qua xử lý đã được chứng minh là gây ra tác động tiêu cực đến chất lượng nguồn nước, sức khỏe con người và hệ sinh thái. Chính vì vậy, việc phân tách và thu hồi amoni trong nước là rất quan trọng và cần thiết.
TS Đỗ Văn Mạnh cho biết, sản phẩm của nhóm là quy trình phân tách và thu hồi amoni (NH4+) trong nước thải ở điều kiện pH cao nhờ sử dụng thiết bị vật liệu đệm quay ly tâm kết hợp với thổi không khí.
Điều chỉnh độ pH nước thải lên cao và sử dụng thiết bị vật liệu đệm quay ly tâm, cùng với tỷ lệ giữa lưu lượng không khí và nước thải phù hợp sẽ giúp loại bỏ được amoni ra khỏi nước thải, hướng đến giảm tổng nitơ Kendal (TNK) trong nước thải, thu hồi lượng nitơ để làm phục vụ cho nông nghiệp, mang lại giá trị kinh tế cao.
Trên thế giới, phương pháp làm thoáng (stripping) đã được nghiên cứu, ứng dụng phổ biến trên thực tế để phân tách và thu hồi amoni trong nước thải. Phương pháp làm thoáng dựa trên nguyên tắc: Chuyển hóa toàn bộ amoni trong nước thải từ dạng NH4+ thành NH3; sau đó thực hiện chuyển pha lỏng - khí của khí NH3 trong pha lỏng (nước thải) khi tiếp xúc với pha khí (không khí).
Trong nước thải, độ pH sẽ ảnh hưởng đến dạng tồn tại của amoni: Dạng ion amoni (NH4+) và khí amoniac (NH3) hòa tan. Hai dạng này tồn tại ở trạng thái cân bằng động. Khi pH<7 chỉ có các ion NH4+ tồn tại trong nước thải; và khi pH>7 thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều hướng hình thành khí NH3 hòa tan trong nước thải.
Để loại NH4+ trong nước thải cần phải chuyển NH4+ thành NH3 ở dạng khí hòa tan, đồng thời phải tạo điều kiện chuyển nhanh khí hòa tan từ pha lỏng sang không khí. Để thực hiện điều đó, nước thải cần nâng pH>7 và cho nước thải tiếp xúc với dòng không khí lớn và di chuyển liên tục. Quá trình chuyển pha của khí NH3 trong pha nước sang pha khí diễn ra trên bề mặt tiếp xúc giữa dòng nước và dòng khí.
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất giải pháp phân tách và thu hồi amoni (NH4+) trong nước thải với hiệu quả cao mà thời gian xử lý ngắn hơn so với các giải pháp đã biết hiện nay tại Việt Nam. Ngoài ra có thể thu hồi lượng nitơ amoni trong nước thải đã được phân tách ở dạng NH3 trong dòng khí, để ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp.
Giảm thiểu ô nhiễm môi trường
TS Đỗ Văn Mạnh cho biết, nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện quy trình phân tách và thu hồi amoni (NH4) trong nước thải nhờ sử dụng thiết bị vật liệu đệm quay ly tâm. Nhóm thực hiện điều chỉnh nâng độ pH của nước thải bằng cách dẫn nước thải cần xử lý vào bể điều chỉnh pH có gắn cánh khuấy và hòa trộn với dung dịch kiềm để nâng độ pH của nước thải lên 10,5.
Nhóm loại bỏ amoniac (NH3) ra khỏi nước thải bằng thiết bị vật liệu đệm quay ly tâm. Thực hiện quá trình chuyển pha để chuyển NH3 từ pha lỏng sang pha khí giữa các hạt nước nhỏ li ti được tạo ra khi dòng nước thải đi qua khối vật liệu đệm và dòng không khí đi vào theo hướng ngược chiều.
Dòng không khí cuốn theo NH3 đi vào khoảng không gian trung tâm và đi ra ngoài qua ống trung tâm dẫn khí ra, nước thải đã loại bỏ amoniac được xả ra ngoài theo ống dẫn nước ra. Trong đó, khối vật liệu đệm dạng bánh có độ rỗng 80%, được tạo ra từ các sợi hợp kim thép không gỉ với đường kính 0,5mm, được đan thành các mắt lưới, xếp lớp chồng và so le nhau. Kết quả, hiệu suất phân tách và thu hồi NH4+ trong nước thải là 76,7%.
Nhóm điều chỉnh giảm độ pH của nước thải sau xử lý tách amoniac: Dẫn nước thải đã loại bỏ amoni về bể trung hòa, trong đó nước thải được hòa trộn với axit nhờ cách khuấy để điều chỉnh độ pH của nước thải về 7,5.
Dòng không khí cuốn theo NH3 thoát ra còn được xử lý bằng dòng dung dịch hấp thụ H2SO4, để thu hồi NH3 dưới dạng sản phẩm là (NH4)2SO4, còn dòng khí sạch được xả ra ngoài môi trường.
Quy trình này cho phép phân tách được phần lớn lượng amoni (NH4+) trong nước thải với hiệu suất cao trong thời gian cực ngắn, giúp tiết kiệm chi phí vận hành, giảm kích thước thiết bị, diện tích và không gian lắp đặt xây dựng, cũng như thu hồi lượng nitơ có trong nước thải để ứng dụng trong nông nghiệp bằng cách hấp thụ khí NH3 trong dòng nước thải đã được cuốn theo dòng khí.
Quy trình phân tách và thu hồi amoni trong nước thải cung cấp một giải pháp mới để xử lý lượng nitơ gây ô nhiễm trong nước thải, không chỉ mang ý nghĩa kinh tế - môi trường - xã hội mà còn là cải tiến quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật môi trường mà trọng tâm chính là công nghệ xử lý nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm đồng thời hướng đến nền kinh tế tuần hoàn, phát triển bền vững.
