Bài giảng Xử lý các chất đặc biệt của nước - Xử lý các hợp chất Nitơ trong nước

PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE
1
xö lý c¸c chÊt ®Æc biÖt 
trong n−íc
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh
Phã viÖn tr−ëng, 
ViÖn Khoa häc vµ Kü thuËt M«i tr−êng, 
Tr−êng ®¹i häc X©y dùng
Xö lý c¸c hîp chÊt Nit¬ 
trong n−íc
2
1. D¹ng tån t¹i cña c¸c hîp chÊt Nit¬ 

 KhÝ N2 Nit¬ nguyªn chÊt. 79% khÝ quyÓn.

 Nit¬ Am«n NH4+ S¶n phÈm ph©n huû c¸c hîp chÊt h/c¬
chøa Nit¬. Lµ nguån dinh d−ìng dÔ hÊp
thô ®èi víi c©y trång

 Ammoniac NH3: KhÝ (®éc), tan nhiÒu trong n−íc. T¹o tõ
NH4+ trong n−íc khi pH cao.

 NO3- S¶n phÈm oxy ho¸. T¹o c¸c muèi víi c¸c
kim lo¹i. D¹ng c©y trång dÔ hÊp thô.

 NO2- S¶n phÈm trung gian cña qu¸ tr×nh oxy
ho¸ Nit¬ Amm«ni thµnh Nitrat

 ®¹m (Protein) Hydrocacbon CxHyOzNn.
Cã ph©n tö l−îng cao, lµ thµnh phÇn quan
träng ®Ó x©y dùng tÕ bµo cña bÊt kú c¬ thÓ
sèng nµo.


3
C¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc ngÇm

 Nit¬ trong Humic (25 - 60%), Axit Amin (21 - 35%), 
Clorophyl (1 - 3%), Peptite, vv... 

 Chóng cã thÓ lµ s¶n phÈm cña c¸c qu¸ trình hãa -
sinh häc, x©m nhËp vµo n−íc ngÇm tõ n−íc th¶i hay 
do mét sè qu¸ trình ®Þa hãa ®Æc biÖt. 
4

 N-NH4+ trong n−íc ngÇm: N−íc th¶i sinh ho¹t, qu¸ 
trình Am«n hãa - ph©n hñy c¸c HCHC: ®¹m, n−íc 
tiÓu, axit nucleic... bëi vi sinh vËt, hay do viÖc sö dông 
ph©n bãn trong n«ng nghiÖp. 

 Qu¸ trình amon hãa (nhê c¸c vi khuÈn amon, men, 
...):
Protein  Pepton  Peptit  Axit Amin  Ammoniac
(NH2)2CO + H2O  2 NH3 + CO2
5
C¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc:

 Phát triển vi sinh vật trong đường ống và làm tăng 
nhanh quá trình ăn mòn đường ống. 

 Gây nên một số bệnh nguy hiểm cho người sử dụng 
nước. 

 NO2- tác dụng với các Amin hay Alkyl Cacbonat trong 
cơ thể người, có thể tạo thành các hợp chất chứa 
Nitơ gây ung thư. 
6

 Lọt vào cơ thể, NO3- chuyển hóa thành NO2- nhờ vi 
khuẩn đường ruột. 

 Các NO2- tác động lên Hemoglobin (Hb), biến nó 
thành Methemoglobin (Met-Hb), mất khả năng vận 
chuyển oxy đến các mô. 

 NO3- tạo ra chứng thiếu Vitamin và có thể kết hợp 
với các Amin để tạo nên những Nitrosamin gây 
ung thư ở người cao tuổi.

 N trong Nước pha Sữa cho Trẻ em - men dạ dày 
còn chưa phát triển - NO3- dễ biến thành NO2- -
chiếm lấy Hb - biến thành Met-Hb - Các mô thiếu 
oxy - Trẻ xanh xao
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE
2
7
QCVN 01:2009/BYT

 NO3- < 50 mg/l

 NO2- < 3 mg/l

 NH4+ < 3 mg/l (= QCVN 02:2009/BYT)

 Am«ni NH4+ ë mét sè 
giÕng khoan khai th¸c 
n−íc ngÇm cña Hµ néi: 
10 - 20 mg/l hoÆc cao h¬n. 
8
2. C¸c ph−¬ng ph¸p 
lo¹i bá c¸c hîp chÊt Nit¬ trong n−íc

 Làm thoáng (sục khí)

 Clo hóa,

 Nitrat hóa + khử Nitrat bằng phương pháp sinh hóa

 Trao đổi ion 

 Điện hóa, 

 Lọc màng: điện thẩm tách, điện thẩm tách đảo chiều, 

 Chưng cất

 vv... 
9
2.1. Lµm tho¸ng ®Ó khö Amoni 
(air stripping)
NH4
+ ↔ NH3 + H
+
• ë ®iÒu kiÖn pH >7, c©n b»ng chuyÓn dÞch sang ph¶i.
• víi pH >10, h¬n 85% Amoni cã thÓ chuyÓn dÞch sang d¹ng
khÝ khi lµm tho¸ng.
• pH = 10 - 11: c¸c ion Hydroxyt d− sÏ chuyÓn c¸c ion NH
4
+
thµnh Hydroxit Amon.
NH4
+ + OH- ↔ NH4OH
NH4OH ↔ NH3 ↑ + H2O
10
11

 NH3 dễ hoà tan trong nước: Hi = f(t)

 Hi (NH3) = 0,76 atm/mol ở 20oC

 CO2: 150 atm/mol; O2: 43000 atm/mol

 Cần lượng không khí lớn: 

 G/L = 6000, E = 90%.

 Vôi, NaOH + Tăng nhiệt độ  Tăng E.
12
2.2. Ph−¬ng ph¸p Clo hãa
L−îng Cl2
d−, mg/l
LiÒu l−îng Cl2
®−a vµo n−íc, mg/l
1
3
2
Ct A -
Ct B - *
*
CA C B
Cl2 d− khi trong n−íc kh«ng cã NH3
Cl2 d− khi trong n−íc cã NH3 
Hµm l−îng NH3 trong n−íc
PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, IESE
3
13
(pH 8)
Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO ↔ H+ + ClO-
Break points
NH3 + Cl2  HCl + NH2Cl
NH3 + 2Cl2  2 HCl + NHCl2
NH2Cl + NHCl2  N2 + 3HCl
2 NH2Cl + Cl2  N2 + 4HCl

 [Cl2] = 7..10 (10..25) [NH3] (= 6 - 15 mg/l). 

 [Cl2] ? [Cl2] d−? THMs? Mïi? 
14
2.3. Trao ®æi Ion

 XL Amoni: läc qua vËt liÖu läc trao ®æi Kation nh− Zeolite 
tù nhiªn - ®Êt sÐt, Klinoptilolyte hay Sepiolite. 
Z-Na + NH4+  Z-NH4+ + Na+
hoÆc Z-H + NH4+  Z-NH4+ + H+
Hoµn nguyªn:
NaCl 0.6M hoÆc H2SO4 (thu ®−îc (NH4)2SO4: ph©n bãn)

 XL Nitrat, Nitrit: Sö dông c¸c vËt liÖu trao ®æi Anionit gèc 
Cl-, OH- hay SO42-. 

 Sö dông, vËn hµnh phøc t¹p; khã hoµn nguyªn, .v.v.
15
2.4. Ph−¬ng ph¸p sinh häc 
(1) Nitrification/Denitrification 

 BÞ hÊp thô bëi tÕ bµo trong qu¸ trình chuyÓn ho¸ 
Metabolism

 TÕ bµo hÊp thô ®Ó sinh tr−ëng

 ChuyÓn tõ Amoni sang d¹ng oxy ho¸

 ChuyÓn tõ d¹ng «xy ho¸ sang Nit¬ tù do N2

 Yªu cÇu:

 Oxygen

 Carbon (hữu c¬/v« c¬)
16
100% 40-80%
Nitrification
Digestor
Sludge
Denitrification
20%
Incorporation: 
15-20%
30-40%
10-60%
15-20%
16
Settling tank
Primary
settling tank
Super-natant
Sludge thickening
17
a. Nitrification

 Nitrosomonas,Nitrosospire, Nitrosococcus, Nitrosolobus
2 NH4+ + 3 O2  4 H+ + 2 NO2 - + 2 H2O + Q

 Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus
2 NO2- + O2  2 NO3- + Q
TÕ bµo míi
TÕ bµo míi
18
Vi khuẩn tự dưỡng hóa năng: dùng năng lượng sinh ra từ 
phản ứng Nitrat hóa để khử CO2 của không kh