Trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải, không ít doanh nghiệp gặp tình trạng Chemical Oxygen Demand – COD (nhu cầu oxy hóa học) đã giảm tương đối ổn định, nhưng Amoni trong nước thải cao hoặc tiếp tục dao động ở đầu ra.
Nhân sự vận hành đã tăng sục khí, điều chỉnh bùn hoặc bổ sung vi sinh nhưng hiệu quả xử lý Amoni vẫn chưa cải thiện rõ rệt. Khi sản xuất tăng công suất, tình trạng này có thể trở nên khó kiểm soát hơn.
Vấn đề nằm ở chỗ: COD giảm không đồng nghĩa quá trình Nitrat hóa đang hoạt động hiệu quả. Để xác định nguyên nhân, doanh nghiệp cần nhìn vào điều kiện sinh học, tải lượng Nitơ và khả năng duy trì quần thể vi sinh trong hệ thống.
1. Vì sao COD giảm nhưng Amoni vẫn cao?
COD phản ánh lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất có thể bị oxy hóa trong nước, chủ yếu là chất hữu cơ. Trong hệ thống sinh học, sự suy giảm COD thường liên quan đến hoạt động phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật dị dưỡng. COD cũng có thể giảm qua một số công đoạn hóa lý.
Ngoài ra, phương pháp xác định COD thông dụng (dùng kali dicromat) gần như không oxy hóa Amoni, nên chỉ số COD không phản ánh được tải lượng Nitơ hay hiệu quả chuyển hóa Amoni trong hệ thống.
Trong khi đó, việc chuyển hóa Ammonium Nitrogen – NH₄⁺-N (nitơ amoni) chủ yếu phụ thuộc vào quá trình Nitrat hóa tại vùng hiếu khí. Đây là quá trình do nhóm vi sinh tự dưỡng hiếu khí thực hiện, sử dụng oxy hòa tan và lấy carbon từ CO₂ hoặc bicarbonat thay vì từ chất hữu cơ.
Quá trình này diễn ra theo hai bước, do hai nhóm vi sinh khác nhau đảm nhiệm:
- Bước 1: Amoni được oxy hóa thành Nitrit (NO₂⁻) nhờ nhóm vi khuẩn oxy hóa Amoni (AOB).
- Bước 2: Nitrit tiếp tục được oxy hóa thành Nitrat (NO₃⁻) nhờ nhóm vi khuẩn oxy hóa Nitrit (NOB).
Cần lưu ý, Nitrat hóa chỉ chuyển Amoni thành Nitrat chứ chưa loại bỏ Nitơ khỏi nước thải. Muốn giảm Nitơ tổng, hệ thống còn cần quá trình khử Nitrat ở điều kiện thiếu khí.
Khác với nhóm vi sinh phân hủy chất hữu cơ, vi sinh Nitrat hóa có tốc độ sinh trưởng chậm hơn đáng kể và nhạy cảm hơn với điều kiện vận hành. Chúng cần đủ oxy, pH thích hợp, độ kiềm, nhiệt độ phù hợp và thời gian lưu giữ sinh khối đủ dài.
Vì vậy, một hệ thống có thể xử lý COD tương đối hiệu quả nhưng vẫn chưa duy trì được khả năng chuyển hóa Amoni. Đây là lý do không nên sử dụng riêng kết quả COD để đánh giá toàn bộ hiệu quả xử lý sinh học.
2. Sáu nguyên nhân khiến Amoni trong nước thải cao
2.1. Thiếu oxy hòa tan tại vùng hiếu khí
Dissolved Oxygen – DO (oxy hòa tan) là điều kiện quan trọng để vi sinh Nitrat hóa hoạt động.
Về mặt hóa học, oxy hóa hoàn toàn 1 g NH₄⁺-N thành Nitrat cần khoảng 4,57 g O₂ nên nhu cầu oxy của quá trình này là đáng kể. Trong thực tế, DO tại vùng hiếu khí thường được khuyến nghị duy trì tối thiểu khoảng 2 mg/L; giá trị cụ thể cần xác định theo công nghệ và điều kiện của từng hệ thống.
Khi DO không đáp ứng nhu cầu thực tế, tốc độ chuyển hóa Amoni có thể suy giảm. Đặc biệt, lúc tải hữu cơ tăng, nhóm vi sinh dị dưỡng cũng tiêu thụ nhiều oxy, làm tăng mức độ cạnh tranh oxy trong bể.
Tăng công suất máy thổi khí chưa chắc giải quyết được vấn đề nếu oxy phân bố không đồng đều hoặc hiệu suất truyền oxy suy giảm, ví dụ do đĩa phân phối khí bị tắc nghẽn hoặc bám cặn.
2.2. pH giảm và thiếu độ kiềm
Quá trình Nitrat hóa tiêu thụ độ kiềm (khoảng 7,14 g CaCO₃ cho mỗi 1 g NH₄⁺-N được oxy hóa) và có xu hướng làm giảm pH.
Nếu nước thải không có đủ khả năng đệm, môi trường sinh học có thể trở nên bất lợi cho vi sinh Nitrat hóa. Dải pH thuận lợi thường được khuyến nghị khoảng 7,0–8,5, còn tốc độ Nitrat hóa giảm rõ rệt khi pH xuống dưới khoảng 6,5–7,0. Khi đó, Amoni đầu ra vẫn cao dù hệ thống đang được sục khí.
Doanh nghiệp cần theo dõi đồng thời pH và độ kiềm còn dư sau xử lý (thường nên duy trì tối thiểu khoảng 50–100 mg/L tính theo CaCO₃), thay vì chỉ điều chỉnh pH tại thời điểm phát hiện bất thường. Khi bổ sung kiềm, cần kiểm soát liều lượng để tránh gây sốc pH cho hệ vi sinh.
2.3. Tuổi bùn không phù hợp
Solids Retention Time – SRT (tuổi bùn) thể hiện thời gian trung bình sinh khối được duy trì trong hệ thống.
Do vi sinh Nitrat hóa sinh trưởng chậm, SRT quá ngắn có thể khiến quần thể này bị thất thoát trước khi phát triển đủ để xử lý tải Amoni. SRT tối thiểu cần thiết phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ: nhiệt độ càng thấp thì SRT càng phải dài.
Việc xả bùn quá mức hoặc thất thoát bùn qua công đoạn lắng có thể làm tình trạng nghiêm trọng hơn.
Với công nghệ màng sinh học dính bám như MBBR, vi sinh Nitrat hóa bám trên giá thể nên cần đánh giá theo diện tích bề mặt, độ dày màng sinh học và tải bề mặt, thay vì chỉ dựa vào SRT.
2.4. Tải lượng Nitơ đầu vào tăng
Khi nhà máy tăng sản lượng, lưu lượng và nồng độ Amoni đầu vào có thể thay đổi.
Nếu tải lượng Nitơ vượt quá khả năng chuyển hóa của hệ thống, Amoni đầu ra có thể tăng ngay cả khi COD vẫn được kiểm soát.
Cần lưu ý, Amoni đầu ra không chỉ đến từ Amoni đầu vào. Nitơ hữu cơ (protein, axit amin, urê) trong nước thải thủy sản, thực phẩm hay sinh hoạt bị phân hủy thành Amoni (quá trình Amoni hóa) ngay trong hệ thống, khiến tải Amoni thực tế cao hơn số đo tại đầu vào. Nước tách từ công đoạn ép bùn hoặc bể phân hủy kỵ khí cũng có thể hoàn lưu một lượng Amoni đáng kể về đầu hệ thống.
Cần đánh giá đồng thời lưu lượng và nồng độ NH₄⁺-N, tốt nhất kết hợp Nitơ Kjeldahl tổng (TKN), để xác định tải lượng thực tế. Chỉ theo dõi nồng độ riêng lẻ dễ bỏ sót tình trạng quá tải.
Khi nước thải giàu chất hữu cơ so với Nitơ (tỷ lệ BOD/TKN cao), vi sinh dị dưỡng phát triển nhanh sẽ cạnh tranh oxy và không gian với vi sinh Nitrat hóa, khiến tỷ lệ vi sinh Nitrat hóa trong bùn thấp đi.
Xem thêm bài viết: Cách khắc phục sốc tải vi sinh mùa cao điểm thủy sản
2.5. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ Nitrat hóa
Nhiệt độ tác động đến tốc độ sinh trưởng và hoạt động của vi sinh Nitrat hóa.
Khi nhiệt độ giảm, quá trình chuyển hóa Amoni thường chậm hơn đáng kể; với nhiều hệ thống, tốc độ Nitrat hóa giảm khoảng một nửa khi nhiệt độ hạ khoảng 10°C. Ngược lại, nhiệt độ quá cao (thường trên khoảng 35–40°C), có thể gặp ở nước thải sau công đoạn nấu, nhuộm hoặc tiệt trùng, cũng gây ức chế vi sinh Nitrat hóa. Sự thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể làm biến động hiệu quả xử lý.
Vì vậy, cần đối chiếu nhiệt độ thực tế với điều kiện thiết kế và khả năng thích nghi của hệ vi sinh.
2.6. Vi sinh Nitrat hóa bị ức chế
Một số thành phần trong nước thải công nghiệp như chất khử trùng hoặc oxy hóa mạnh (clo), kim loại nặng, phenol, xyanua, sunfua, một số dung môi hoặc chất hoạt động bề mặt có thể ức chế quá trình Nitrat hóa.
Ngoài ra, Amoniac tự do (FA, NH₃) và axit Nitơ tự do (FNA, HNO₂) cũng có thể ức chế nhóm vi sinh này. FA tăng khi nồng độ Amoni và pH cao; nhóm NOB nhạy với FA hơn nhóm AOB nên dễ dẫn đến tích tụ Nitrit. FNA hình thành khi pH thấp và Nitrit tích tụ.
Khi xuất hiện dấu hiệu ức chế, việc bổ sung thêm vi sinh chưa chắc mang lại hiệu quả nếu nguyên nhân gây ức chế vẫn tồn tại.
3. Hệ quả khi xử lý Amoni không đúng nguyên nhân
Nếu chỉ tăng sục khí hoặc bổ sung vi sinh theo kinh nghiệm mà chưa xác định nguyên nhân, doanh nghiệp có thể phát sinh thêm chi phí điện năng và vật tư vận hành.
Tình trạng kéo dài còn làm tăng nguy cơ biến động chất lượng nước đầu ra, đặc biệt khi nguồn thải thay đổi theo ca sản xuất hoặc mùa vụ.
Quan trọng hơn, việc điều chỉnh thiếu cơ sở có thể làm mất cân bằng giữa quá trình xử lý chất hữu cơ và quá trình chuyển hóa Nitơ.
Do đó, cần ưu tiên xác định vấn đề trước khi quyết định thay đổi chế độ vận hành.
4. Cách kiểm tra khi COD giảm nhưng Amoni vẫn cao
Thay vì chỉ kiểm tra chất lượng nước sau xử lý, doanh nghiệp nên xây dựng bảng theo dõi các thông số liên quan đến hoạt động sinh học.
Checklist kiểm tra sơ bộ:
- DO: Đo tại nhiều vị trí đại diện trong vùng hiếu khí và nhiều thời điểm trong ngày, đặc biệt khi hệ thống chịu tải cao.
- pH và độ kiềm: Theo dõi biến động trong quá trình xử lý; so sánh độ kiềm trước và sau bể hiếu khí để nhận diện nguy cơ thiếu khả năng đệm.
- Nhiệt độ: Ghi nhận thay đổi và đối chiếu với điều kiện vận hành.
- Sinh khối: Theo dõi Mixed Liquor Suspended Solids – MLSS (nồng độ chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn) và MLVSS (phần chất rắn bay hơi), lượng bùn xả, bùn thất thoát và ước tính SRT.
- Tải Nitơ: Đối chiếu lưu lượng với NH₄⁺-N (và TKN nếu có) tại đầu vào, các công đoạn sinh học và đầu ra; tính cả nước hoàn lưu từ xử lý bùn.
- Chất ức chế: Rà soát thay đổi nguyên liệu, hóa chất sản xuất, nước vệ sinh và nguồn thải bất thường.
Nên phân tích thêm Nitrit và Nitrat cùng thời điểm với NH₄⁺-N tại đầu vào, sau bể hiếu khí và đầu ra, vì đây là căn cứ quan trọng để phân biệt nguyên nhân.
Phân biệt các nhóm nguyên nhân
Khi DO thấp, cần kiểm tra khả năng cấp và phân phối oxy. Khi DO phù hợp nhưng Amoni vẫn cao, cần tiếp tục rà soát SRT, pH, độ kiềm, tải đầu vào và nguy cơ ức chế.
MLSS cao cũng không có nghĩa hệ thống đang có đủ vi sinh Nitrat hóa, vì nhóm này thường chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng sinh khối, nhất là khi tải hữu cơ cao. Kết luận cần dựa trên nhiều thông số cùng thời điểm và xu hướng biến động.
Phân tích song song Amoni, Nitrit và Nitrat giúp thu hẹp nguyên nhân:
- Amoni cao, Nitrit và Nitrat đều thấp: nhóm AOB hoạt động kém. Ưu tiên rà soát SRT, DO, pH và độ kiềm, chất ức chế và mức quá tải.
- Amoni cao, Nitrit tăng: bước oxy hóa Nitrit bị cản trở, thường liên quan đến thiếu DO, Amoniac tự do cao hoặc chất ức chế.
- Amoni thấp, Nitrat cao nhưng Nitơ tổng chưa đạt: Nitrat hóa đã hoạt động; vấn đề nằm ở khâu khử Nitrat (thiếu vùng thiếu khí, thiếu nguồn carbon hữu cơ hoặc hoàn lưu chưa phù hợp).
5. Khi nào doanh nghiệp cần rà soát hệ thống?
Doanh nghiệp nên xem xét đánh giá chuyên sâu khi xuất hiện các dấu hiệu:
- Amoni đầu ra tăng hoặc dao động kéo dài dù COD tương đối ổn định.
- Tăng sục khí, điều chỉnh bùn hoặc bổ sung vi sinh nhưng kết quả chưa cải thiện rõ.
- Chất lượng nước thay đổi đáng kể khi tăng công suất sản xuất.
- Thường xuyên phải điều chỉnh hóa chất hoặc chế độ vận hành mà chưa xác định được nguyên nhân gốc.
Việc rà soát sớm giúp doanh nghiệp lựa chọn hướng xử lý phù hợp và hạn chế các điều chỉnh không cần thiết.
6. Hướng tiếp cận giải pháp từ ARES
Công ty Cổ phần Giải pháp Môi trường ARES tiếp cận vấn đề Amoni đầu ra cao từ việc đánh giá điều kiện vận hành thực tế, thay vì mặc định hệ thống cần bổ sung thiết bị hoặc vi sinh.
Quá trình đánh giá có thể tập trung vào việc kiểm tra dữ liệu chất lượng nước, tải lượng Nitơ, chế độ cấp khí, quản lý bùn và điều kiện duy trì quá trình Nitrat hóa.
Trên cơ sở kết quả khảo sát, doanh nghiệp có thể cân nhắc điều chỉnh quy trình vận hành, tối ưu chế độ bảo trì hoặc xây dựng phương án cải tạo hệ thống khi cần thiết.
Giải pháp cần xuất phát từ nguyên nhân đã được xác định, phù hợp với điều kiện công nghệ và hoạt động sản xuất của từng nhà máy.
Xem thêm bài viết: Khi nào cần cải tạo hoặc nâng cấp hệ thống xử lý nước thải?
7. Kết luận: Xử lý COD và xử lý Amoni cần được đánh giá riêng
COD giảm là một tín hiệu tích cực, nhưng chưa đủ để khẳng định hệ thống đang xử lý tốt các hợp chất Nitơ.
Khi Amoni trong nước thải cao, doanh nghiệp cần kiểm tra đồng thời DO, pH, độ kiềm, nhiệt độ, tuổi bùn, tải lượng đầu vào, chất ức chế và diễn biến Nitrit, Nitrat.
Theo dõi đúng thông số sẽ giúp đội ngũ vận hành nhận diện nguyên nhân và đưa ra quyết định có cơ sở hơn.
ARES đồng hành cùng doanh nghiệp đánh giá sơ bộ quá trình sinh học, nhận diện điểm cần cải thiện và đề xuất hướng xử lý phù hợp với hiện trạng hệ thống.
Liên hệ ARES để trao đổi kỹ thuật và yêu cầu đánh giá sơ bộ quá trình xử lý sinh học.
CÔNG TY CỔ PHẦN GIẢI PHÁP MÔI TRƯỜNG ARES
Hotline: 0909 939 108 | 098 303 7777
🌐FB Fanpage: moitruongxanh.ares
🌐Zalo OA: Môi Trường Xanh ARES
