Tại sao phải kiểm soát N2O trong hệ thống xử lý nước thải
N2O là một trong những khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh và phá hủy tầng Ozone. Khả năng gây hiệu ứng nhà kính của nó mạnh hơn CO2 đến 298 lần và có thời gian tồn tại trong không khí lên đến 114 năm. Chính vì mức độ nghiêm trọng của loại khí này mà trong nghị định thư Kyoto, nó đã được xác đinh là một trong 6 loại khí gây hiệu ứng nhà kính nghiêm trọng nhất.
Nguồn: Quy đổi khí nhà kính từ N2O sang CO2
Từ trước đến nay, các giải pháp giảm phát thải khí N2O chủ yếu tập trung vào hoạt động nông nghiệp. Tuy nhiên, vài năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã tìm ra, hoạt động xử lý nước thải cũng là một nguồn phát sinh khí N2O lớn. Trong đó, các hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ vi sinh bùn hoạt tính để loại bỏ thành phần nito trong nước là một trong những nguồn nhân tạo thải N2O vào khí quyển. Trong điều kiện tối ưu, các hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ vi sinh bùn hoạt tính chuyển hóa amoni trong nước thải thành sản phẩm cuối cùng là khí N2 đi vào khí quyển. Tuy nhiên, do các quá trình nitrat hóa (nitrification) và phản nitrat hóa (denitrification) không xảy ra hoàn toàn, nên đã có một phần chuyển hóa thành N2O và đi vào khí quyển, gây nên hiệu ứng nhà kính và phá hủy tần ozon.
Các hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ vi sinh bùn hoạt tính để loại bỏ nito trong nước thải có thể kể đến như AAO, SBR, SBBR, Mương oxy hóa,… trong đó, N2O chiếm đến 80% lượng phát thải khí nhà kính của các hệ thống xử lý nước thải. Do đó, việc cải thiện hệ thống xử lý nước thải để giảm phát thải khí N2O là yêu cầu quan trọng đối với các nhà máy định hướng không phát thải khí nhà kính (zero cacbon).
Quá trình phát thải khí N2O trong các hệ thống xử lý nước thải
Trong các hệ thống xử lý nước thải loại bỏ nito trong nước, khí N2O có khả năng được sinh ra tại quá trình hiếu khí và thiếu khí ở 3 vị trí như sơ đồ bên dưới:
Sơ đồ: Các vị trí sinh khí N2O của chu trình xử lý nito trong hệ thống xử lý nước thải
Ở pha hiếu khí, trong quá trình nitrat hóa, N2O hình thành ở bước trung gian từ oxy hóa NH2OH. Vị trí này được đánh số (1) trong sơ đồ trên. Lý do là DO trong nước ở giai đoạn này cao nên oxy hóa NH2OH trực tiếp thành N2O.
Tiếp theo, cũng ở trong pha hiếu khí, khi NO2 trong nước có nồng độ quá cao do amoni đầu vào cao, trong khi DO lại thấp thì chúng không chuyển hóa thành NO3 kịp, dẫn đến NO2 chuyển thành N2O. Vị trí này được đánh số (2) trong sơ đồ trên.
Trong quá trình khử nito ở pha thiếu khí, khi NO3 chuyển hóa đến N2O để chuyển đến bước khử hoàn toàn thành N2. Tuy nhiên, các điều kiện môi trường ức chế sự hình thành enzyme NOS, từ đó đã ngăn sự chuyển hóa N2O thành N2. Khi đó, N2O thoát ra khỏi nước dưới dạng khí.
Giải pháp để ngăn ngừa sự hình thành N2O trong các hệ thống xử lý nước thải
Trong các công nghệ vi sinh bùn hoàn tính khác nhau, có cách điều chỉnh khác nhau để giảm sự hình thành N2O tại ba vị trí trên. Tựu chung lại, sự hình thành N2O chịu sự ảnh hưởng của nồng độ O2 trong nước thải, tỷ lệ C/N là hai yếu tố chủ yếu. Ngoài ra, sự gia tăng phát thải N2O cũng có sự ảnh hưởng của yếu tố pH và yếu tố amoni đầu vào.
Trong pha nitrat hóa ở quá trình hiếu khí, ở giai đoạn sục khí ban đầu để oxi hóa amoni, DO sẽ được kiểm soát không quá cao để giảm sinh khí N2O từ NH2OH. Trong khi đó, ở giai đoạn nitrat hóa NO2 thành NO3, cần tăng DO để làm giảm sự sinh khí N2O.
Trong pha phản nitrat hóa ở quá trình thiếu khí, bổ sung đủ nguồn cacbon trong nước thải, duy trùy tỉ lệ C/N ở mức phù hợp để chuyển hóa hoàn toàn NO3 thành N2. Ngoài ra pH trong quá trình này không thấp hơn 6.0 để ngăn cản sự chuyển hóa từ N2O thành N2.
Để làm được điều này, một số công nghệ điều khiển bậc cao để để điều chỉnh tối ưu hệ thống sục khí và châm hóa chất vào hệ thống xử lý nước. Từ đó, duy trì DO và tỷ lệ C/N trong nước thải ở mức tối ưu cho việc chuyển hóa hoàn toàn nito trong nước thải thành khí N2.
Lợi ích của giảm phát thải N2O từ các hệ thống xử lý nước thải
Rõ ràng nếu các hệ thống xử lý nước thải được vận hành tối ưu sẽ giảm lượng phát thải khí N2O vào khí quyển, từ đó giảm sự phát thải hiệu ứng nhà kính. Nên lưu ý rằng, một tấn N2O được phát thải vào khí quyển thì mức độ gây hiệu ứng nhà kính tương đương với 298 tấn CO2.
Ở các nước phát triển họ đã quan tâm và kiểm soát sự phát thải khí N2O trong nước thải. Tuy nhiên, ở các nước như Việt Nam, dường như các biện pháp quản lý từ nhà nước chưa được tập trung vào vấn đề này. Do đó, trong thời gian sắp tới, các cơ quan quản lý cần xem xét để áp dụng các biện pháp giám sát đo đạt sự phát thải khí N2O vào không khí, từ đó tạo hành lang pháp lý để thúc đẩy các đơn vị quản lý vận hành giảm phát thải khí N2O. Đặc biệt là trong bối cảnh chúng ta đang có những cam kết mạnh mẽ đến giảm phát thải khí nhà kính trong COP26 mới đây.
Ở những công ty có chính sách phát triển bền vững, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường nên quan tâm và cải thiện vấn đề phát thải khí N2O vào khí quyển.
Ngoài ra, các hệ thống xử lý hệ thống xử lý nước thải có hệ thống điều khiển phù hợp để cân chỉnh cho quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa tốt, sẽ để đạt được lợi ích là không những cho chất lượng nước thải đầu ra đạt yêu cầu xả thải và ổn định, mà còn sẽ giảm được năng lượng tiêu hao, chi phí cho chất dinh dưỡng và xử lý bùn thải.
Các bạn có thể liên hệ bên dưới để hỗ trợ vận hành hệ thống xử lý nước thải:
- Trương Tường Tân
- Email: tan.truong@witteveenbos.com
- Số đt: 0909 407 547
