I. Xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt
Xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt là một vấn đề cấp thiết do sự gia tăng dân số và đô thị hóa. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều hợp chất nitơ, gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý hiệu quả. Các phương pháp truyền thống như nitrat hóa/khử nitrat đã được áp dụng, nhưng chúng tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí. Quá trình Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) được nghiên cứu như một giải pháp thay thế hiệu quả hơn, giúp loại bỏ nitơ với chi phí thấp và tiết kiệm năng lượng.
1.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen (từ nhà vệ sinh) và nước thải xám (từ nhà bếp, tắm giặt). Chúng chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ, đặc biệt là nitơ dưới dạng amoni, nitrit và nitrat. Nitơ trong nước thải sinh hoạt chủ yếu xuất phát từ quá trình phân hủy protein và urê. Việc xử lý nitơ là cần thiết để ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng hóa trong các nguồn nước tiếp nhận.
1.2. Tác động của nitơ đến môi trường
Nitơ trong nước thải sinh hoạt gây ra nhiều vấn đề môi trường như phú dưỡng hóa, làm suy giảm chất lượng nước và đe dọa hệ sinh thái thủy sinh. Ngoài ra, amoni trong nước thải có thể chuyển hóa thành nitrit, gây độc hại cho con người và động vật. Do đó, việc xử lý nitơ là yêu cầu bắt buộc trong các hệ thống xử lý nước thải đô thị.
II. Quá trình Anammox và ứng dụng
Quá trình Anammox là một công nghệ sinh học tiên tiến, sử dụng vi khuẩn tự dưỡng Planctomycetes để oxy hóa amoni trong điều kiện kỵ khí. Quá trình này giúp loại bỏ nitơ hiệu quả mà không cần sử dụng nhiều năng lượng như các phương pháp truyền thống. Giá thể vi sinh cố định được sử dụng để tăng cường hiệu quả của quá trình Anammox bằng cách cung cấp bề mặt cho vi khuẩn bám dính và phát triển.
2.1. Cơ chế của quá trình Anammox
Quá trình Anammox diễn ra trong điều kiện kỵ khí, nơi vi khuẩn Planctomycetes oxy hóa amoni (NH4+) thành nitơ phân tử (N2) với sự tham gia của nitrit (NO2-). Quá trình này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu lượng bùn thải so với các phương pháp truyền thống. Công thức hóa học của quá trình Anammox là: NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O.
2.2. Vai trò của giá thể vi sinh cố định
Giá thể vi sinh cố định là vật liệu được sử dụng để tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn bám dính, từ đó tăng hiệu quả xử lý nitơ. Trong nghiên cứu này, giá thể Felibendy được sử dụng do khả năng chịu lực và độ bền cao. Giá thể này giúp duy trì mật độ vi khuẩn cao trong hệ thống, đảm bảo quá trình Anammox diễn ra liên tục và ổn định.
III. Công nghệ xử lý nước thải ứng dụng Anammox
Công nghệ Anammox đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn trên thế giới. Tại Việt Nam, công nghệ này đang được nghiên cứu và triển khai để xử lý nước thải sinh hoạt với hiệu quả cao. Kết hợp với giá thể vi sinh cố định, công nghệ Anammox mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường.
3.1. Hiệu quả xử lý nitơ
Nghiên cứu cho thấy, quá trình Anammox kết hợp với giá thể vi sinh cố định đạt hiệu quả loại bỏ nitơ lên đến 90%. Điều này chứng tỏ công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải sinh hoạt tại các đô thị lớn. So với các phương pháp truyền thống, Anammox tiết kiệm được 60% năng lượng và giảm 90% lượng bùn thải.
3.2. Ứng dụng thực tiễn
Công nghệ Anammox đã được áp dụng thành công tại nhiều nhà máy xử lý nước thải trên thế giới, như ở Hà Lan, Nhật Bản và Trung Quốc. Tại Việt Nam, nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước thải sinh hoạt với chi phí thấp và hiệu quả cao. Đây là bước tiến quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
