Tình trạng ônhiễm amôni (NH4+) trong nước cấp - đặc biệt trong nguồn nước ngầm ở Hà Nội - là khá phổ biến và ở nồng độ cao, có thể tới 10-20mg/l và hơn nữa. Xử lý loại bỏ amôni là yêu cầu cần đáp ứng để tránh những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe người dân. Tuy nhiên, trong điều kiện nước ta nói chung và Hà Nội nói riêng, phương pháp xử lý amôni trong nước không chỉ cần bảo đảm hiệu quả xử lý mà còn phải có chi phí chấp nhận được.
Trên cơ sở những yêu cầu này, TS Nguyễn Việt Anh và các đồng sự ở Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (CEETIA) - Đại học xây dựng Hà Nội đã chọn phương pháp xử lý amôni sinh học, kết hợp nitrat hóa và khử nitrat với giá thể vi sinh là sợi acrylic để nghiên cứu.
Theo TS Nguyễn Việt Anh, ở phương pháp này amôni trước hết bị ôxy hóa thành các nitrit nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrosospire, Nitrosococcus Nilrosolobus. Sau đó các ion nitrit bị ôxy hóa thành nitrat nhờ các vi khuẩn Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus. Các vi khuẩn nitrat hóa Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại vi khuẩn tự dưỡng hóa năng. Năng lượng sinh ra từ phản ứng nitrat hóa được vi khuẩn sử dụng trong quá tnnh tổng hợp tế bào. Nguồn cacbon để sinh tổng hợp các tế bào vi khuẩn mới là cacbon vô cơ. Ngoài ra chúng tiêu thụ mạnh ôxy.
Quá trình trên thường được thực hiện trong bể phản ứng sinh học với lớp màng vi sinh (bùn) dính bám trên các vật liệu mang (giá thể vi sinh). Việc tạo màng sinh vật trên bề mặt vật liệu mang sẽ làm tăng tốc độ phản ứng sinh hóa, đồng thời tăng tuổi thọ của bùn hoạt tính.
Để loại bỏ nitrat trong nước, sau công đoạn nitral hóa amôni là khâu khử nitrat sinh hóa nhờ các vi sinh vật dị dạng trong điều kiện thiếu khí (anoxic). Nitrit và nitrat sẽ chuyển thành dạng khí ni tơ (N2). Để thực hiện phương pháp này, người ta cho nước qua bể lọc ky khí với vật liệu lọc, nơi dính bám và sinh trưởng của vi sinh vật khử nitrat. Quá tnnh này đòi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử. Chúng có thể là chất hữu cơ, sunfua hydro H2S... Nếu trong nước không có ôxy nhưng có mặt các hợp chất hữu cơ mà vi sinh hấp thụ được, trong môi trường anoxic, khi đó vi khuẩn dị dưỡng sẽ sử dụng các ion nitrat N03- như nguồn ôxy để ôxy hóa chất hữu cơ (chất nhường điện tử), còn N03- (chất nhận điện tử) sẽ bị khử thành khí ni tơ.
Một mô hình thí nghiệm xử lý amôni trong nước ngầm với các thiết bị, vật liệu cần thiết đã được Trung tâm CEETLA thiết kế và cho vận hành liên tục trong hai năm 2003 và 2004 trong điều kiện hoạt động tiêu chuẩn về nhiệt độ, ánh sáng... Kết quả cho thấy, sau hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat, hàm lượng amôni trong nước thí nghiệm từ khoảng 20mg/l đã giảm xuống chỉ còn xấp xỉ 0-0,7mg/l, đạt hiệu suất từ 93,2 - 99,9%.
Thí nghiệm cũng cho thấy, với hàm lượng amôni trong nước <10mg/l, có thể chỉ cần thực hiện một quá trình nitrat hóa là đạt được yêu cầu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt hiện nay của Bộ Y tế là 15mg/1. Với hàm lượng amôni trong nước lớn hơn, cần thực hiện cả hai quá trình: nitrat hóa và khử nitrat để đạt yêu cầu chất lượng nước với cả chỉ tiêu NO3- vì NH4+ được chuyển hóa thành N03-). Vật liệu mang acrylic tỏ ra rất phù hợp làm giá thể dính bám vi sinh trong xử lý sinh học. So với các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như các loại đá khoáng xốp, vật liệu này có các chỉ tiêu vượt trội hơn hẳn về độ sạch, diện tích tiếp xúc bề mặt, độ rỗng, độ bền, nhẹ, lại không bị tắc và sức cản dòng chảy nhỏ. Còn so vòi các vật liệu nhân tạo khác, acrylic cũng có nhiều ưu điểm như độ dính bám tốt, nhẹ và giá thành rẻ.
Theo TS Nguyễn Việt Anh, thí nghiệm đã cho thấy hiệu quả xử lý của cả hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat khá cao và ổn định. Điều đó chứng tỏ công nghệ xử lý amôni trong nước ngầm bằng phương pháp sinh học trên là rất khả thi, có thể triển khai ứng dụng trong thực tế. So với các công nghệ xử lý amôni theo phương pháp sục clo/nước javen hay phương pháp trao đổi ion vốn tốn kém và chỉ áp dụng được cho các trạm cấp nước quy mô nhỏ, phương pháp sinh học không chỉ rẻ tiền hon mà còn cho phép triển khai xử lý amôni trong nước ở quy mô vừa và lớn.
