Nitơ là một trong những nguyên tố có vai trò quan trọng trong sự hình thành sự sống trái đất. Là thành phần quan trọng tạo nên protein cũng như trong các axit amin trong nhân của tế bào. Hầu hết các sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng đều có chứa lượng Nitơ nhất định. Và bị sinh vật dị dưỡng phân hủy trở thành các hợp chất vô cơ như Amoni. Vậy thực sự, nitơ trong nước thải tồn tại ở những dạng nào?
Chúng ta có thể chia thành 2 nhóm: vô cơ và hữu cơ. Nitơ vô cơ thì đơn giản, đa số là amoni, nitrat và nitrit hoặc ure. Nitơ hữu cơ thì phức tạp hơn, nó có thể là các amin bậc thấp, axit amin hoặc protein… Hoặc có thể chia thành 4 dạng chính (không bao gồm khí nitơ): nitrat, nitrit, ammoniac và nitơ hữu cơ. Mỗi dạng thường được phân tích thành 1 thành phần riêng biệt, tổng nitơ (nitơ tổng) được tính từ tổng 4 dạng trên.
Lượng nitơ trong nước thải thường được đánh giá qua các chỉ tiêu cơ bản như: NH4+, NO3-, NO2-, TKN và TN. Trong đó, chỉ số TKN hay còn gọi là tổng nitơ Kjeldahl sẽ xác định hàm lượng Nitơ hữu cơ + lượng nitơ ure + lượng nitơ amoni. Nguyên lý cơ bản là chuyển hóa tất cả lượng Nitơ này thành NH3 rồi xác định hàm lượng NH3 thông qua phương pháp chưng cất và chuẩn độ.
Trong nước thải, nitơ tồn tại phụ thuộc tùy vào ngành nghề sản xuất, đặc tính nước thải…Chẳng hạn:
- Nước thải chăn nuôi, giết mổ: nguồn nitơ chủ yếu từ phân gia súc, gia cầm, lượng máu, mỡ, phân cùng với lượng nước thải từ khâu giết mổ.
- Nước thải sinh hoạt: nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng Amoni cao hơn nitrit và nitrat do trong hầm tự hoại không có oxy và sinh vật tự dưỡng thực hiện quá trình Nitrat hóa. Nồng độ nitơ phụ thuộc vào mật độ dân cư, mức độ sử dụng nước, phong tục tập quán ăn uống…
Tác hại của nitơ trong nước thải và những ảnh hưởng tới môi trường
Nitơ là nguyên tố chính trong thực phẩm cho tất cả các sinh vật, bởi vì nó là một thành phần của tất cả các protein và axit nucleic. Do đó mà lượng nitơ ngoài môi trường đều có nguồn gốc từ sinh vật sống. Trong nước biển và nước mặt, nitrit và Amoniac là thức ăn đối với sinh vật phù du, làm cho nồng độ nitơ thấp hơn ở bề mặt so với ở vùng nước sâu.
Khi nồng độ nitơ tăng trong các lớp bề mặt, sinh vật phù du tăng lên, dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa, có thể xảy ra ở bất kỳ vùng nước mặt nào. Hiện tượng này gọi là phú dưỡng hóa nguồn nước. Lượng lớn nitrat đi vào dòng nước mặt có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng này, có nghĩa là dư thừa các chất dinh dưỡng dẫn đến thiếu oxy và cá chết. Trong khi đó, nồng độ Amoniac tự do nhỏ có thể gây độc cho cá, sử dụng oxy để chuyển hóa thành nitrit sau đó nitrat làm giảm nồng độ oxy trong nước.
Một số hình ảnh về hiện tượng phú dưỡng hóa – tảo nở hoa
Ảnh hưởng của nitơ trong nước thải đến con người
Thành phần Amonia trong nước nhanh chóng làm giảm oxy hòa tan do chúng sử dụng oxy để diễn ra quá trình nitrat hóa. Nitrat thường không được coi là độc hại, nhưng ở nồng độ cao, cơ thể có thể chuyển nitrat thành nitrit. Nitrit là các muối độc hại làm gián đoạn quá trình vận chuyển oxy trong máu bằng cách phá vỡ hemoglobin thành methemoglobin. Điều nay gây buồn nôn, đau dạ dày cho người lớn. Đối với trẻ nhỏ, nó có thể cưc kỳ nguy hiểm, vì nó nhanh chóng gây ra thiếu oxy máu.
Xác định ni tơ trong nước thải bằng thiết bị phân tích Kjeldahl
Chính vì tác hại nghiêm trọng của nitơ trong nước thải đến môi trường và con người, nên trong các quy chuẩn về nước thải hầu hết đều có yêu cầu kiểm tra hàm lượng nitơ.
Có nhiều phương pháp khác nhau để xác định nitơ như:
+ Phương pháp Lowry (xác định nitơ protein – nitơ hữu cơ)
+ Phương pháp quang phổ
+ Phương pháp Dumas
+ Phương pháp Kjeldahl
Một trong các phương pháp thông dụng xác định nitơ trong kiểm tra chất lượng nước là vô cơ hóa xúc tác sau khi khử bằng hợp kim Devarda theo TCVN 6638:2000 và ISO 10048:1991. Nguyên tắc của phương pháp này là dùng hợp kim Devarda để khử các hợp chất nitơ về amoni. Sau khi làm bay hơi đến gần khô thì chuyển nitơ thahnhf amoni sunfat khi có mặt axit sunfuric đậm đặc chứa kali sunfat ở nồng độ cao để làm tăng nhiệt độ sối của hỗn hợp, đồng thời có mặt đồng để làm xúc tác. Sau đó, giải phóng ammoniac khỏi hỗn hợp bằng cách thêm kiềm và chưng cất vào dung dịch axit boric / chỉ thị. Xác định lượng amoni trong phần cất ra bằng cách chuẩn độ với axit hoặc đo phổ ở bước sóng 655 nm.
Phương pháp này sẽ xác định nitơ trong các mẫu nước dưới dạng các hợp chất amoni, nitrit, nitrat và nitơ hữu cơ có khả năng chuyển thành amoni. Với Bộ phá mẫu và thiết bị chưng cất hoặc phân tích đạm KjelROC của hãng OPSIS LiquidLINE bạn có thể phân tích được TKN, TON (kết hợp dùng hợp kim Devarda theo như TCVN 6638:2000), Amoniac, Amnonium.