Ion ammonium (NH4+) là một trong những thành phần ô nhiễm nitrogen phổ biến nhất trong nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi và công nghiệp. Hai trong số các phương pháp để loại bỏ ion ammonium trong nước là:
• Phương pháp truyền thống: oxi hóa ion ammonium thành ion nitrate bằng oxygen không khí.
• Phương pháp Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation): oxi hoá ion ammonium bằng ion
nitrite nhờ một số vi khuẩn. So với phương pháp truyền thống, nhiều nghiên cứu công bố Anammox giúp giảm khoảng 60% nhu cầu oxygen, giảm 100% nhu cầu nguồn carbon hữu cơ bổ sung (như methanol), và giảm khoảng 90% lượng bùn sinh học sinh ra. Đến nay, hơn 100 nhà máy quy mô lớn ứng dụng Anammox đã được xây dựng trên toàn thế giới. Phương pháp này gồm hai giai đoạn:
– Giai đoạn 1 (hiếu khí): NH4+ + O2 + HCO3– → NO2– + CO2 + H2O
– Giai đoạn 2 (yếm khí): NH4+ + NO2– → N2 + H2O
a. Cân bằng hai phương trình trên bằng phương pháp thăng bằng electron. Với mỗi phương trình, xác định chất khử, chất oxi hóa.
b. Trong nước thải của một nhà máy, hàm lượng ion ammonium là 192 mg.L-1. Tiến hành xử lý 1000 m³ nước thải để làm giảm nồng độ ion ammonium xuống 5 mg.L-1.
Tính:
– Khối lượng O2 cần dùng theo phương pháp Anammox.
– Khối lượng O2 cần dùng theo phương pháp truyền thống. Biết oxi hoá hoàn toàn 1 gam nitrogen (dạng NH4+) theo phương pháp truyền thống cần 4,57 gam O2.
– Phần trăm O2 tiết kiệm được khi dùng phương pháp Anammox so với khi dùng phương pháp truyền thống.
(a) Giai đoạn 1:
2× N-3 —> N+3 + 6e
3× O2 + 4e —> 2O2-
2NH4+ + 3O2 + 4HCO3– → 2NO2– + 4CO2 + 6H2O
Chất oxi hóa là O2, chất khử là NH4+
Giai đoạn 2:
1× 2N-3 —> N2 + 6e
1× N+3 + 6e —> N2
NH4+ + NO2– → N2 + 2H2O
Chất oxi hóa là NO2–, chất khử là NH4+
(b) Đổi đơn vị: mg/L = g/m³
mNH4+ cần xử lý = 1000(192 – 5) = 187000 gam = 187 kg
Theo phương pháp Anammox: 4NH4+ + 3O2 + 4HCO3– → 2N2 + 4CO2 + 10H2O
—> mO2 = 187.3.32/(4.18) = 249,33 kg
Theo phương pháp truyền thống: mO2 = 4,57.187.14/18 = 664,68 kg
—> %O2 tiết kiệm được = (664,68 – 249,33)/664,68 = 62,5%