pH trong nước thải là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của xử lý sinh học, vi khuẩn trong bể hiếu khí và bể kỵ khí. Nồng độ pH đồng thời là một trong các thông số ô nhiễm được quy định trong quy chuẩn nước thải sinh hoạt QCVN 14-MT:2015/BTNMT và quy chuẩn nước thải công nghiệp QCVN 40:2021/BTNMT.

pH trong nước thải là gì?

Nồng độ pH là phép đo hoạt động của các ion hydro (H +, axit) và hydroxyl (OH-, bazơ) tự do trong nước thải. Khái niệm này được S.P.L. Sørensen (và Linderström-Lang) đưa ra vào năm 1909 và có nghĩa là “pondus hydrogenii” (“độ hoạt động của hiđrô”) trong tiếng Latinh. Tuy nhiên, các nguồn khác thì cho rằng tên gọi này xuất phát từ thuật ngữ tiếng Pháp “pouvoir hydrogène.” Trong tiếng Anh, pH có thể là viết tắt của “hydrogen power,” “power of hydrogen,” hoặc “potential of hydrogen.” Tất cả các thuật ngữ này đều đúng về mặt kỹ thuật. (Wikipedia). Nếu lấy một mẫu nước thải hoặc nước đầu ra của hệ thống xử lý và đo nồng độ pH, thì những gì đo được là sự cân bằng của lượng hóa chất axit và bazơ. 

Cơ bản về nồng độ pH trong nước thải

• pH được đo trên thang điểm từ 0 đến 14. pH trong nước thải cho phép theo quy chuẩn nước thải sinh hoạt là từ 6 – 9. 
• Nồng độ pH lý tưởng cho các vi sinh hiếu khí và vi sinh kỵ khí hoạt động là từ 7-8.
• pH 7,0 được coi là trung tính, hoặc cân bằng; nó có cùng một lượng icon axit và ion bazơ.
• pH dưới 7,0 được coi là có tính axit.
• pH trên 7,0 được coi là kiềm (hoặc bazơ).
• Theo EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ), độ pH phù hợp, an toàn cho nước uống là khoảng từ 6,5 – 8,5. Khoảng này tương ứng với nước có tính kiềm.

Cách đo nồng độ pH trong nước thải như thế nào?

Có thể đo pH trong nước thải theo 3 cách: phương pháp điện cực, phương pháp so màu và phương pháp giấy hydrion. 

• Phương pháp điện cực có lẽ là phổ biến nhất và chính xác nhất, sử dụng một đầu dò và đồng hồ đo. Đồng hồ đo sự khác biệt điện áp nhỏ giữa điện cực so sánh và điện cực đo, sau đó chuyển thành giá trị đo pH. Phương pháp điện cực chính xác nếu máy đo được hiệu chuẩn đúng cách và mới. Hầu hết các máy đo có thể được chuẩn hóa với ba bộ đệm pH chuẩn. Các bộ đệm pH phổ biến là pH 4, 7 và 10. 
• Phương pháp so màu bao gồm các thuốc thử chỉ thị như xanh bromthymol và đỏ phenol để tạo màu trong nước – màu đỏ đối với axit và màu xanh lam đối với bazơ. Sau đó, so sánh với một bộ tiêu chuẩn màu. 
• Phương pháp hydrion sử dụng một loại giấy thử đặc biệt (giấy quỳ) nhúng vào nước. Màu sắc được tạo ra trên giấy sau đó được so sánh với các tiêu chuẩn màu sắc. Thông thường, axit làm giấy quỳ chuyển sang màu đỏ và bazơ làm giấy quỳ chuyển sang màu xanh lam.

pH trong nước thải bao nhiêu là tốt?

Các vi khuẩn xử lý nước thải thường hoạt động tốt nhất trong khoảng pH từ 7,0 – 8,0. Đây là mức pH tốt nhất mà các hệ thống vận hành mong muốn. Các chế phẩm sinh học có thể sử dụng các chủng có độ pH từ 3.0 (Thiobacillus) đến 11.0 (alkanophilic Bacillus). Nhưng pH quá thấp hoặc quá cao sẽ không phù hợp để xử lý nước thải.

Quá trình nhạy cảm với pH nhất là loại bỏ amoni hoặc nitrat hóa. Vi khuẩn oxy hóa amoni hoạt động tốt nhất ở pH 7,2 – 8.2  Nếu pH không khác thì hiệu quả sẽ giảm.

Để điều chỉnh nồng độ pH, hầu hết các hệ thống sử dụng hóa chất mạnh. Để giảm pH, có thể dùng axit như axit sulfuric (H2SO4), Có một công nghệ mới hơn là sử dụng carbon dioxide để điều chỉnh pH. Tùy độ nồng độ pH mục tiêu mà mình lựa chọn axit sulfuric hay carbon dioxide cho phù hợp.

Bài chi tiết: 2 cách điều chỉnh pH trong nước thải

Hai cách điều chỉnh pH trong nước thải

1 Các vi khuẩn nào ưa kiềm?

Các vi khuẩn oxy hóa Amoni và Nitrit thích hợp với pH hơi kiềm. Chúng cũng tiêu thụ đáng kể lượng kiềm (thường thấy là canxi cacbonat). Bổ sung kiềm là cần thiết để đệm chống lại axit hữu cơ, CO2 (từ hô hấp) và các quá trình sinh hóa khác. Đây là lý do tại sao nhiều kỹ sư thường test độ kiềm ở nước thải đầu vào. Trong quá trình Nitrat hóa độ kiềm cần luôn ổn định để tránh giảm pH.

2 Tăng pH bằng cách nào?

Để tăng pH, người ta hay dùng natri hydroxit (NaOH). Tương tự như phản ứng của axit sulfuric, natri hydroxit ngay lập tức làm tăng pH. Nó không đệm dung dịch & phương pháp đệm là một khái niệm quan trọng cần xem xét trong các hệ thống sinh học. Sự đệm đề cập đến cách pH duy trì ổn định sau khi được điều chỉnh. Tăng hoặc giảm pH đột ngột rất dễ gây sốc vi sinh. Vì thế phải pha loãng NaOH rồi châm từ từ vào không nên đổ trực tiếp vì an toàn và những lý do khác nha. Một số hóa chất dùng để tăng kiềm và pH như sau:

• Vôi (canxi cacbonat) – phương pháp lâu đời nhất nhưng hòa tan không tốt và hơi lộn xộn
• Magiê hydroxide – hiệu quả nhưng cũng có vấn đề về hòa tan
• Natri cacbonat – dễ hòa tan hơn nhiều, nhưng có thể “quá mạnh”
• Natri bicarbonate – hòa tan, có xu hướng tối đa pH ở mức 8.3 – vì vậy khả năng quá liều thấp.

Có nhiều cách điều chỉnh pH để bạn lựa chọn. Độ kiềm hoặc khả năng đệm là điều quan trọng cần xem xét trong xử lý nước thải. Đặc biệt là nếu bạn cần oxy hóa amoni. Hoạt động của vi khuẩn oxy hóa Amoni và Nitrit tiêu thụ khoảng 7,1 mg chất kiềm như CaCO3 trên mỗi mg amoni bị oxy hóa hoàn toàn. Tuy nhiên, các quá trình khác trong chu trình nitơ có thể giải phóng độ kiềm trở lại vào nước.