Xử Lý Amoni, Nitơ Nước Thải Khách Sạn Bằng Vi Sinh

Nước thải khách sạn thường có nguồn gốc chủ yếu từ phòng nghỉ, nhà hàng, bếp ăn, giặt là, khu vệ sinh và các hoạt động dịch vụ khác. Bên cạnh COD, BOD và TSS, Amoni (NH4-N) và Nitơ tổng là những thông số cần được kiểm soát trong nhiều hệ thống xử lý nước thải khách sạn.

Trong thực tế vận hành, có những hệ thống xử lý COD và BOD tương đối tốt nhưng Amoni đầu ra vẫn cao. Nguyên nhân thường không chỉ nằm ở lượng men vi sinh mà còn liên quan đến DO, pH, tuổi bùn, tải lượng Amoni, nhiệt độ, thời gian lưu và quá trình tuần hoàn Nitrat.

Giải pháp phổ biến để xử lý Nitơ trong nước thải khách sạn là kết hợp Nitrat hóa và khử Nitrat, trong đó hệ vi sinh đóng vai trò trung tâm.

Amoni và Nitơ trong nước thải khách sạn phát sinh từ đâu?

Nitơ trong nước thải khách sạn chủ yếu đến từ các nguồn hữu cơ và nước thải sinh hoạt.

Các nguồn phát sinh thường gồm:

• Nước thải từ toilet và khu vệ sinh.

• Nước thải phòng nghỉ.

• Nước thải nhà hàng, bếp ăn.

• Nước thải giặt là.

• Nước thải vệ sinh khu vực chung.

• Nước thải từ các dịch vụ khác trong khách sạn.

Trong đó, nước thải sinh hoạt có thể chứa Nitơ hữu cơ và Amoni. Sau quá trình phân hủy, một phần Nitơ hữu cơ có thể chuyển hóa thành dạng Amoni.

Do đó, nếu hệ thống chỉ tập trung xử lý COD mà không thiết kế riêng cho mục tiêu Nitơ, NH4-N có thể trở thành thông số khó đạt.

Quá trình xử lý Amoni bằng vi sinh chủ yếu dựa trên Nitrat hóa.

Có thể hiểu đơn giản theo chuỗi:

NH4+ → NO2- → NO3-

Sau đó, Nitrat có thể tiếp tục được xử lý thông qua quá trình khử Nitrat:

NO3- → N2↑

Khí Nitơ phân tử sau cùng thoát khỏi hệ thống dưới dạng khí.

Vì vậy, để xử lý đồng thời Amoni và Nitơ tổng, hệ thống thường cần tạo ra hai vùng điều kiện sinh học khác nhau:

Vùng hiếu khí → Nitrat hóa

Vùng thiếu khí → Khử Nitrat

Đây là lý do nhiều hệ thống xử lý nước thải khách sạn được bố trí theo cấu hình:

Anoxic → Aerobic → Lắng

và có tuần hoàn Nitrat từ bể hiếu khí về bể Anoxic.

Vi sinh xử lý Amoni hoạt động như thế nào?

Quá trình Nitrat hóa liên quan đến nhóm vi sinh vật tự dưỡng chuyên hóa.

Ở bước đầu, Amoni được oxy hóa thành Nitrit.

Sau đó Nitrit tiếp tục được oxy hóa thành Nitrat.

Có thể biểu diễn đơn giản:

NH4+ → NO2- → NO3-

Các nhóm vi sinh thực hiện quá trình này phát triển chậm hơn so với nhiều nhóm vi sinh dị dưỡng xử lý chất hữu cơ.

Đây là một trong những lý do hệ thống có thể gặp tình trạng:

COD đạt nhưng NH4 vẫn cao.

Bởi vì vi sinh xử lý COD và vi sinh Nitrat hóa có đặc điểm sinh trưởng và điều kiện hoạt động khác nhau.

Vì sao nước thải khách sạn xử lý COD tốt nhưng Amoni vẫn cao?

Đây là một trong những sự cố khá phổ biến.

1. DO trong bể hiếu khí không đủ

Vi sinh Nitrat hóa cần oxy để thực hiện quá trình chuyển hóa Amoni.

Nếu DO quá thấp trong thời gian dài, tốc độ Nitrat hóa có thể giảm.

Cần kiểm tra:

• DO tại các vị trí khác nhau trong bể.

• Khả năng cấp khí của máy thổi.

• Hệ thống phân phối khí.

• Mật độ giá thể nếu sử dụng MBBR.

• Tải lượng Amoni thực tế.

Không nên chỉ đo DO tại một vị trí rồi kết luận toàn bộ bể đang được cấp oxy đầy đủ.

2. pH không phù hợp

Quá trình Nitrat hóa có thể làm giảm độ kiềm và ảnh hưởng đến pH.

Nếu nước thải có độ kiềm thấp, pH trong bể sinh học có thể giảm dần.

Khi pH giảm mạnh, hoạt động của vi sinh Nitrat hóa có thể bị ảnh hưởng.

Do đó cần theo dõi đồng thời:

pH + NH4-N + NO2-N + NO3-N + độ kiềm

thay vì chỉ kiểm tra NH4 đầu ra.

3. Tuổi bùn không đủ

Vi sinh Nitrat hóa phát triển tương đối chậm.

Nếu bùn bị xả quá nhiều hoặc hệ thống có hiện tượng rửa trôi sinh khối, lượng vi sinh Nitrat hóa có thể giảm.

Khi đó COD vẫn có thể được xử lý tương đối tốt nhưng Amoni bắt đầu tăng.

4. Tải lượng Amoni tăng đột ngột

Khách sạn có thể thay đổi công suất theo mùa, cuối tuần hoặc các thời điểm có lượng khách tăng cao.

Khi tải lượng NH4-N tăng nhanh, lượng sinh khối Nitrat hóa hiện có có thể không đáp ứng kịp.

Đây là trường hợp có thể cân nhắc bổ sung vi sinh chuyên xử lý Nitơ/Amoni kết hợp điều chỉnh chế độ vận hành.

Tham khảo men vi sinh xử lý Nitơ/Amoni: Microbe lift N1

5. Hóa chất vệ sinh gây ảnh hưởng vi sinh

Nước vệ sinh khách sạn có thể chứa chất tẩy rửa, chất khử trùng hoặc các hóa chất khác.

Nếu xả tập trung với nồng độ cao vào hệ thống xử lý, vi sinh Nitrat hóa có thể bị ảnh hưởng.

Bể điều hòa vì vậy có vai trò rất quan trọng trong việc giảm các biến động đột ngột.

Công nghệ xử lý Amoni, Nitơ nước thải khách sạn

Một cấu hình thường được sử dụng có thể gồm:

Nước thải → Song chắn rác → Bể điều hòa → Anoxic → Aerotank/MBBR → Bể lắng → Khử trùng → Nước sau xử lý

Đối với hệ thống cần xử lý Nitơ, có thể bổ sung đường tuần hoàn:

Bể hiếu khí → Tuần hoàn Nitrat → Bể Anoxic

Trong đó:

Bể điều hòa

Có nhiệm vụ ổn định lưu lượng và tải lượng.

Đặc biệt đối với khách sạn, lưu lượng nước thải có thể thay đổi đáng kể trong ngày.

Bể Anoxic

Bể Anoxic tạo điều kiện thiếu khí để quá trình khử Nitrat diễn ra.

Nitrat được tuần hoàn từ bể hiếu khí về Anoxic và sử dụng nguồn carbon phù hợp để chuyển hóa thành khí Nitơ.

Bể Aerotank hoặc MBBR

Đây là công đoạn quan trọng đối với quá trình Nitrat hóa.

Tại đây, vi sinh Nitrat hóa chuyển:

NH4+ → NO2- → NO3-

Hệ thống cấp khí phải đảm bảo điều kiện oxy phù hợp cho sinh khối.

Bể lắng

Bể lắng có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước.

Một phần bùn có thể được tuần hoàn về bể sinh học để duy trì nồng độ sinh khối cần thiết.

MBBR có phù hợp để xử lý Amoni nước thải khách sạn?

MBBR là một lựa chọn đáng cân nhắc đối với các hệ thống khách sạn cần xử lý Amoni nhưng bị giới hạn về thể tích bể.

Trong MBBR, vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể.

Điều này giúp duy trì lượng sinh khối Nitrat hóa trong hệ thống và có thể tăng khả năng xử lý trong cùng thể tích bể so với một số cấu hình bùn hoạt tính truyền thống.

Tuy nhiên, hiệu quả không chỉ phụ thuộc vào giá thể.

Các yếu tố cần xem xét gồm:

• Tỷ lệ giá thể.

• Diện tích bề mặt hữu hiệu.

• Mức độ chuyển động của giá thể.

• DO.

• pH.

• Tải lượng NH4.

• Nhiệt độ.

• Thời gian lưu.

• Khả năng giữ sinh khối.

Do đó, không nên xem MBBR là giải pháp tự động xử lý được Amoni nếu các điều kiện sinh học khác không đáp ứng.

Khi nào nên bổ sung men vi sinh xử lý Amoni?

Bổ sung vi sinh có thể được cân nhắc trong các trường hợp:

Khởi động hệ thống mới

Hệ thống chưa có đủ sinh khối Nitrat hóa cần thiết.

Sau thời gian ngừng hoạt động

Khách sạn có thể tạm ngừng hoạt động trong thời gian dài, khiến hệ thống sinh học bị suy giảm.

Sau sự cố sốc tải

Tải lượng NH4 tăng nhanh hoặc có sự thay đổi lớn về chất lượng nước thải.

Sau sự cố hóa chất

Một số hóa chất vệ sinh hoặc khử trùng đi vào hệ thống với nồng độ cao có thể ảnh hưởng đến sinh khối.

Khi hệ thống thiếu sinh khối Nitrat hóa

Nếu các điều kiện vận hành đã phù hợp nhưng quá trình Nitrat hóa phục hồi chậm, có thể cân nhắc bioaugmentation.

Tuy nhiên, trước khi bổ sung men vi sinh, nên xác định nguyên nhân NH4 cao.

Bổ sung men vi sinh nhưng Amoni vẫn cao

Đây là tình huống cần đặc biệt lưu ý.

Nếu bổ sung vi sinh nhưng NH4 vẫn không giảm, cần kiểm tra theo thứ tự:

1. NH4 đầu vào.

2. Lưu lượng thực tế.

3. DO.

4. pH.

5. Độ kiềm.

6. Nhiệt độ.

7. MLSS hoặc lượng sinh khối.

8. Tuổi bùn/SRT.

9. NO2-N.

10. NO3-N.

11. Tỷ lệ tuần hoàn bùn.

12. Tỷ lệ tuần hoàn Nitrat.

13. Tải lượng NH4 theo ngày.

Ví dụ:

NH4 đầu vào cao → NH4 đầu ra cao → NO3 thấp

có thể gợi ý quá trình Nitrat hóa chưa đủ.

Trong khi đó:

NH4 giảm → NO3 tăng → Nitơ tổng vẫn cao

có thể cho thấy Nitrat hóa đang diễn ra nhưng công đoạn khử Nitrat chưa đáp ứng.

Vì vậy, chỉ nhìn vào NH4 đầu ra sẽ khó xác định chính xác nguyên nhân.

Làm thế nào để xử lý Nitơ tổng hiệu quả?

Muốn xử lý Nitơ tổng, cần kiểm soát cả hai quá trình:

Bước 1: Nitrat hóa

NH4 → NO2 → NO3

Diễn ra chủ yếu trong điều kiện hiếu khí.

Bước 2: Khử Nitrat

NO3 → N2

Diễn ra trong điều kiện thiếu khí.

Do đó, một hệ thống có thể gặp tình trạng:

Amoni đạt nhưng Nitơ tổng vẫn cao.

Khi đó, cần kiểm tra quá trình khử Nitrat thay vì tiếp tục tăng lượng vi sinh Nitrat hóa.

Các yếu tố quan trọng khi thiết kế hệ thống xử lý Nitơ cho khách sạn

Quy trình kiểm tra khi NH4 đầu ra tăng

Khi hệ thống khách sạn đang vận hành ổn định nhưng NH4 đột ngột tăng, có thể thực hiện quy trình kiểm tra:

Bước 1: Kiểm tra NH4 đầu vào.

Bước 2: Kiểm tra DO trong bể hiếu khí.

Bước 3: Kiểm tra pH và độ kiềm.

Bước 4: Kiểm tra NO2-N và NO3-N.

Bước 5: Kiểm tra MLSS và tình trạng bùn.

Bước 6: Kiểm tra lưu lượng thực tế.

Bước 7: Kiểm tra máy thổi khí và hệ thống phân phối khí.

Bước 8: Kiểm tra hóa chất vệ sinh, khử trùng có khả năng đi vào hệ thống.

Bước 9: Đánh giá tải lượng NH4 thực tế so với thiết kế.

Bước 10: Sau khi xác định nguyên nhân mới quyết định có cần bổ sung vi sinh hay điều chỉnh công nghệ.

Có nên dùng men vi sinh chuyên xử lý Nitơ cho khách sạn?

Có thể cân nhắc sử dụng men vi sinh chuyên xử lý Amoni/Nitơ trong những trường hợp cần bổ sung hoặc phục hồi sinh khối Nitrat hóa.

Tuy nhiên, lựa chọn sản phẩm nên dựa trên:

• Loại vi sinh.

• Khả năng thích nghi với nước thải sinh hoạt/khách sạn.

• Tải lượng NH4 cần xử lý.

• Điều kiện vận hành hiện tại.

• Hình thức bể sinh học.

• MLSS hoặc lượng giá thể.

• pH và DO.

Quan trọng nhất là sau khi bổ sung phải theo dõi xu hướng:

NH4 → NO2 → NO3

thay vì chỉ đánh giá dựa trên cảm quan hoặc lượng men đã sử dụng.

Kết luận

Xử lý Amoni, Nitơ nước thải khách sạn bằng vi sinh là giải pháp phổ biến dựa trên sự kết hợp giữa quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat.

Để xử lý Amoni, hệ thống cần tạo điều kiện phù hợp cho vi sinh Nitrat hóa trong vùng hiếu khí. Để xử lý Nitơ tổng, cần kết hợp thêm vùng thiếu khí và tuần hoàn Nitrat phù hợp.

Men vi sinh có thể hỗ trợ khởi động, bổ sung sinh khối và phục hồi hệ thống, nhưng hiệu quả cuối cùng vẫn phụ thuộc vào thiết kế và vận hành tổng thể như DO, pH, độ kiềm, SRT, tải lượng NH4, HRT và chế độ tuần hoàn.

Đối với các khách sạn, resort, khu lưu trú có hệ thống xử lý nước thải đang gặp tình trạng NH4 cao, Nitơ tổng cao hoặc vi sinh Nitrat hóa suy giảm, cần đánh giá nguyên nhân trước khi lựa chọn giải pháp bổ sung vi sinh.

Tham khảo : Nguyên nhân vi khuẩn nitrat hoá suy giảm và cách khắc phục tại đây https://moitruonghaidang.vn/nguyen-nhan-lam-vi-khuan-nitrat-hoa-bi-suy-giam