Nước bị nhiễm amoni: Nguyên nhân và cách khắc phục

Một mẫu nước có thể hoàn toàn trong, không cặn và gần như không có mùi nhưng kết quả xét nghiệm vẫn cho thấy amoni vượt giới hạn kiểm soát. Đây là lý do nước nhiễm amoni khó đánh giá bằng cảm quan và cũng là một trong những bài toán cần xem xét riêng khi thiết kế hệ thống xử lý nước ngầm, nước giếng khoan hoặc nước cấp cho sản xuất.

Nước nhiễm amoni là nguồn nước có hàm lượng ammonia/ammonium, tồn tại chủ yếu dưới hai dạng NH₃ và NH₄⁺, vượt mức phù hợp với mục đích sử dụng hoặc giới hạn quy chuẩn áp dụng. Trong nước, NH₃ và NH₄⁺ tồn tại ở trạng thái cân bằng phụ thuộc mạnh vào pH và nhiệt độ; ở khoảng pH thường gặp của nước sinh hoạt, phần lớn nitơ ammonia thường tồn tại dưới dạng ion NH₄⁺. Vì vậy, xử lý nước nhiễm amoni phải dựa trên kết quả phân tích nước và trạng thái hóa học thực tế thay vì chỉ dựa vào mùi hoặc màu.

Theo QCVN 01-1:2024/BYT về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt, thông số amoni được xác định là NH₃ và NH₄⁺ tính theo N, với ngưỡng giới hạn cho phép 1 mg/L. Quy chuẩn này thay thế QCVN 01-1:2018/BYT.

Amoni trong nước hình thành từ đâu và nhận biết thế nào?

Amoni là một phần tự nhiên của chu trình nitơ. Khi protein, urê và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ bị phân hủy, nitơ hữu cơ có thể chuyển thành ammonia/ammonium. Vì vậy, amoni trong nước ngầm có thể liên quan đến điều kiện địa hóa tự nhiên, sự phân hủy vật chất hữu cơ trong tầng chứa nước hoặc tác động từ hoạt động của con người.

Tại khu vực chăn nuôi, nước thải và chất thải giàu nitơ có thể góp phần làm tăng tải lượng hợp chất chứa nitơ trong đất và nguồn nước. Hoạt động nông nghiệp sử dụng phân đạm, nước thải sinh hoạt, hệ thống thoát nước không đảm bảo hoặc một số ngành sản xuất sử dụng hợp chất chứa nitơ cũng có thể trở thành nguồn phát sinh. Tuy nhiên, không nên kết luận nguyên nhân chỉ từ một kết quả NH₄⁺ cao; cần khảo sát đồng thời nitrit, nitrat, COD/permanganat, vi sinh, sắt, mangan và điều kiện khai thác nguồn nước.

Với nước giếng khoan nhiễm amoni, một đặc điểm đáng lưu ý là nước không nhất thiết có màu hoặc mùi bất thường. Ion NH₄⁺ không tạo “mùi khai” rõ như ammonia tự do NH₃. Tỷ lệ NH₃ tăng khi pH tăng, vì vậy việc ngửi thấy mùi khai chỉ có giá trị cảnh báo trong một số điều kiện, không phải phương pháp định lượng.

Do đó, cách xác định đáng tin cậy là lấy mẫu và phân tích bằng phương pháp phù hợp tại phòng thử nghiệm hoặc sử dụng thiết bị phân tích amoni được hiệu chuẩn cho mục đích kiểm tra vận hành. Những cách truyền miệng như luộc thịt rồi quan sát màu hồng không phải phương pháp kiểm nghiệm amoni và không nên sử dụng để kết luận chất lượng nước.

Đối với doanh nghiệp, SKY Envitech khuyến nghị đánh giá nước nhiễm amoni cùng toàn bộ ma trận nước. Amoni thường không tồn tại độc lập; nước ngầm có thể đồng thời chứa sắt, mangan, độ cứng, CO₂, chất hữu cơ hoặc các thành phần khác ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn công nghệ.

Nước nhiễm amoni ảnh hưởng gì đến chất lượng nước?

Một điểm cần làm rõ về mặt khoa học là không nên mô tả amoni trong nước như một chất trực tiếp gây hàng loạt bệnh hoặc ung thư. WHO hiện không đề xuất một giá trị hướng dẫn dựa riêng trên nguy cơ sức khỏe cho ammonia trong nước uống vì ammonia ở nồng độ thường gặp không được xem là vấn đề sức khỏe trực tiếp cấp thời. Tuy nhiên, sự hiện diện của ammonia có ý nghĩa quan trọng về chất lượng và vận hành hệ thống cấp nước.

Trước hết, ammonia phản ứng với chlorine tạo chloramine. Nếu nguồn nước có lượng amoni không được kiểm soát, nhu cầu chlorine có thể tăng và quá trình khử trùng trở nên phức tạp hơn. Trong mạng phân phối, ammonia còn liên quan đến hiện tượng nitrification, trong đó vi sinh vật oxy hóa NH₄⁺ thành NO₂⁻ rồi NO₃⁻. US EPA lưu ý nitrification có thể làm suy giảm dư lượng chất khử trùng và ảnh hưởng đến ổn định chất lượng nước trong hệ thống phân phối.

Phản ứng sinh học có thể mô tả đơn giản theo chuỗi:

NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻

Vì vậy, khi xử lý amoni trong nước, không thể chỉ theo dõi NH₄⁺ đầu ra rồi kết luận hệ thống đã đạt yêu cầu. Với quá trình nitrification, cần theo dõi cả nitrit và nitrat để tránh tình trạng amoni giảm nhưng sản phẩm chuyển hóa lại vượt mục tiêu chất lượng nước.

QCVN 01-1:2024/BYT hiện quy định nitrat NO₃⁻ tính theo N ở mức 11 mg/L và nitrit NO₂⁻ tính theo N ở mức 0,9 mg/L. Quy chuẩn cũng yêu cầu khi nitrat và nitrit đồng thời tồn tại, tổng tỷ lệ nồng độ của mỗi chất so với giới hạn tương ứng không được lớn hơn 1.

Về sức khỏe, người sử dụng không nên dựa vào các triệu chứng như đau đầu, rối loạn tiêu hóa hay mệt mỏi để tự kết luận nguồn nước bị nhiễm amoni. Những biểu hiện này có rất nhiều nguyên nhân khác nhau. Khi nghi ngờ chất lượng nước, hướng phù hợp là xét nghiệm nguồn nước; nếu có vấn đề sức khỏe, cần trao đổi với cơ sở y tế thay vì tự chẩn đoán dựa trên một chỉ tiêu nước.

Các phương pháp xử lý nước nhiễm amoni đang được áp dụng

Không có một cách xử lý amoni trong nước phù hợp cho tất cả nguồn nước. Công nghệ phải được lựa chọn theo nồng độ NH₄⁺, pH, nhiệt độ, độ kiềm, oxy hòa tan, sắt, mangan, chất hữu cơ, độ cứng, công suất và yêu cầu chất lượng nước đầu ra.

Một trong những hướng được sử dụng trong xử lý nước nhiễm amoni là nitrification sinh học. Vi sinh vật nitrat hóa phát triển trên vật liệu lọc chuyển NH₄⁺ thành NO₂⁻ rồi NO₃⁻. US EPA từng phát triển hệ lọc sinh học kết hợp cấp khí để oxy hóa ammonia trong nước uống; SUEZ Water Handbook cũng mô tả nitrification trên lớp lọc dạng bám dính cho nước chứa ammonium.

Quá trình này cần đủ oxy hòa tan, độ kiềm và điều kiện pH – nhiệt độ phù hợp. Hệ vi sinh cũng cần thời gian hình thành sinh khối trên vật liệu. Vì vậy lọc sinh học xử lý amoni không phải công nghệ “bật lên là đạt ngay”, đặc biệt sau khi thay vật liệu, khử trùng hoặc hệ thống ngừng dài ngày.

Một hướng khác là trao đổi ion xử lý amoni. NH₄⁺ là ion mang điện tích dương, vì vậy có thể được giữ bởi một số vật liệu trao đổi cation hoặc zeolite tự nhiên như clinoptilolite. Nghiên cứu về trao đổi ion cho thấy zeolite có khả năng giữ ammonium và có thể kết hợp quá trình tái sinh với nitrification.

Tuy nhiên, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ và các cation khác trong nguồn nước có thể cạnh tranh vị trí trao đổi. Do đó, khả năng làm việc thực tế của cột lọc amoni trong nước phải được tính theo thành phần nước, không chỉ theo lượng vật liệu. Quá trình hoàn nguyên cũng tạo ra dòng nước chứa muối và ammonium cần được quản lý.

Clo hóa điểm gãy là phương pháp oxy hóa ammonia bằng chlorine với liều lượng vượt qua breakpoint. Phương pháp có thể sử dụng đối với một số nguồn nước đã kiểm soát tốt chất hữu cơ, nhưng phải tính toán chính xác chlorine demand, pH, thời gian tiếp xúc và các sản phẩm phụ khử trùng. SUEZ lưu ý breakpoint chlorination có thể làm phát sinh các sản phẩm phụ chứa halogen khi nước có tiền chất hữu cơ, vì thế không nên châm chlorine theo một tỷ lệ cố định cho mọi nguồn nước.

Làm thoáng cũng thường bị hiểu sai. Sục khí thông thường không tự động oxy hóa NH₄⁺ thành nitrat. Muốn tách ammonia bằng air stripping, cần điều chỉnh pH để cân bằng NH₄⁺/NH₃ chuyển về phía NH₃ tự do, sau đó tăng tiếp xúc khí – nước để ammonia thoát ra. Veolia Water Technologies ghi nhận hiệu quả tách ammonia bằng aeration phụ thuộc đáng kể vào pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và lượng không khí.

Màng RO cũng có thể được tích hợp khi cần đồng thời giảm ammonium và nhiều ion hòa tan khác. Một số màng RO nước lợ hiện được nhà sản xuất công bố có khả năng rejection ammonium đáng kể. Tuy vậy, RO phải được lựa chọn dựa trên thành phần nước, pH, tiền xử lý, recovery và yêu cầu nước thành phẩm; không nên coi một máy RO bất kỳ là giải pháp mặc định cho mọi nước nhiễm amoni.

Than hoạt tính thông thường cũng không nên được quảng bá là vật liệu chính để loại NH₄⁺. Than hoạt tính chủ yếu được sử dụng cho hấp phụ chất hữu cơ, chlorine, mùi và một số vi ô nhiễm; trong hệ lọc sinh học BAC, bề mặt than có thể trở thành giá thể cho vi sinh, nhưng đó là cơ chế sinh học khác với hấp phụ ammonium trực tiếp.

Lựa chọn hệ thống xử lý amoni cho nước giếng và nước cấp

Đối với nước giếng khoan nhiễm amoni, thiết kế hệ thống thường phải xử lý đồng thời nhiều vấn đề. Nếu nước chứa sắt cao, mangan, NH₄⁺ và độ đục, việc đưa tất cả vào một cột vật liệu duy nhất thường khó kiểm soát lâu dài. Thứ tự oxy hóa, lọc sắt, nitrification, xử lý mangan và hoàn thiện nước cần được tính theo đặc tính của từng nguồn.

SUEZ Water Handbook lưu ý điều kiện tối ưu cho loại sắt sinh học, nitrification và loại mangan không hoàn toàn giống nhau; khi Fe, Mn và NH₄⁺ cùng xuất hiện, có thể cần thiết kế nhiều cấp lọc thay vì cố gắng xử lý đồng thời trong một bể.

Với nguồn amoni tương đối thấp và điều kiện nước thuận lợi, lọc sinh học xử lý amoni có thể là một hướng phù hợp cho hệ thống vận hành liên tục. Khi công suất nhỏ hoặc cần thu hồi NH₄⁺ trực tiếp, zeolite/trao đổi ion có thể được cân nhắc. Với yêu cầu chất lượng nước cao hơn hoặc cần đồng thời giảm TDS, nitrat và nhiều ion hòa tan, RO có thể nằm ở công đoạn hoàn thiện.

Vì vậy, một hệ thống xử lý amoni nên được lựa chọn sau khi biết tối thiểu NH₄-N, NO₂-N, NO₃-N, pH, độ kiềm, Fe, Mn, độ cứng, TDS, COD/permanganat và vi sinh của nguồn nước. Với hệ công suất lớn hoặc nguồn nước biến động, thử nghiệm pilot có thể giúp xác định tốc độ lọc, thời gian tiếp xúc và chế độ vận hành trước khi chốt thiết kế.

SKY Envitech cung cấp giải pháp khảo sát, tư vấn, thiết kế và triển khai hệ thống xử lý nước cấp cho nước giếng khoan, nước ngầm và các nguồn nước phục vụ sản xuất. Khi tiếp nhận bài toán xử lý nước nhiễm amoni, SKY Envitech ưu tiên phân tích đặc tính nguồn nước trước, sau đó mới lựa chọn lọc sinh học, trao đổi ion, oxy hóa, RO hoặc tổ hợp công nghệ phù hợp. Cách tiếp cận này giúp hệ thống tập trung đúng vào các thông số cần xử lý và thuận lợi hơn cho quá trình kiểm soát vận hành lâu dài.

Nếu nguồn nước của doanh nghiệp đang có NH₄⁺ cao, thường xuyên xuất hiện nitrit sau lọc hoặc hệ thống hiện hữu xử lý amoni không ổn định, SKY Envitech có thể đánh giá lại dữ liệu nước đầu vào, sơ đồ công nghệ và điều kiện vận hành để đề xuất giải pháp xử lý nước nhiễm amoni phù hợp với yêu cầu sử dụng thực tế.

Meta Description: Nước nhiễm amoni là gì, nguyên nhân và cách xử lý bằng lọc sinh học, trao đổi ion, clo hóa, air stripping, RO cùng cách chọn hệ thống phù hợp.