Xử lý phốt pho (P) trong nước thải là phương pháp sinh hóa lý để loại bỏ P ra khỏi nguồn nước bị ô nhiễm trước khi xả thải ra môi trường.
Việc loại bỏ P chủ yếu là để giảm nguy cơ phú dưỡng vùng nước tiếp nhận xả thải. Đây là quy trình bắt buộc trong nhiều lĩnh vực tại nhiều quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, hầu hết các công nghệ loại bỏ P đều áp dụng tại các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp, có quy mô kinh tế dưới sự giám sát chặt chẽ và chuyên môn vận hành nội bộ.
Tại sao cần xử lý phốt pho trong nước thải?
Các cơ sở như bệnh viện, trung tâm y tế với công suất sử dụng và xử lý nước thải quy mô nhỏ trước đây không quy định những công việc này. Điều này gây vấn đề đáng lo ngại về việc giải phóng P từ các hệ thống xả thải không được xử lý. Dẫn đến việc tác động đến môi trường lớn hơn nhiều so với trước đây.
Gần đây, sự tiến bộ đáng kể về công nghệ xử lý nước thải y tế đã góp phần áp dụng cho các hệ thống quy mô nhỏ. Đặc biệt là sự tác động của truyền thông, dưới áp lực của các quy định đã điều chỉnh. Các cơ sở xử lý nước thải cần đầu tư vào việc phát triển công nghệ loại bỏ P phù hợp hơn.
Quá trình hình thành phốt pho (P)
phốt pho thường ở dạng phốt phát, có nguồn gốc từ chất thải của người và động vật, chất tẩy rửa và dư lượng thực phẩm. Các nhà máy chế biến thực phẩm, đồ uống là nơi sản sinh ra phốt phát nhiều nhất. Kéo theo dư lượng P trong nước thải từ đây cũng cao nhất.
Phốt pho là 1 chất dinh dưỡng tự nhiên có trong đất, đá và được yêu cầu bởi tất cả các sinh vật sống. phốt pho cùng nitro là các chất dinh dưỡng thiết yếu dễ dàng được thực vật hấp thụ và phát triển. Tuy nhiên, khi các chất dinh dưỡng này có sẵn với số lượng quá mức, chúng sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật nhanh chóng. Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng rộng rãi trong phân bón.
Tác động của phốt pho đối với môi trường
Nồng độ phốt pho cao trong môi trường nước thúc đẩy sự phát triển của tảo. Dẫn đến sự phú dưỡng vì thảm tảo dày chặn ánh sáng mặt trời. Nồng độ Oxy hòa tan thiếu hụt nghiêm trọng dẫn đến các sinh vật thủy sinh chết hàng loạt.
Khi tảo và xác động vật thủy sinh bị phân hủy, phốt pho hữu cơ liên kết với các chất hữu cơ trong xác động vật chuyển đổi thành orthophotphate. Tái chế thành phốt phát và phục vụ tiếp tục cho quá trình hình thành thảm tảo một lần nữa. Quá trình này lặp lại và tiếp tục duy trì.
Do hoạt động của con người trong mọi lĩnh vực, P hình thành và thúc đẩy quá trình phú dưỡng hệ sinh thái thủy sinh. Các nguồn chính của P chảy vào sông suối là từ nước thải chiếm tới 70% trở lên.
Thực tế này đã dẫn đến việc thắt chặt các tiêu chuẩn xả phốt pho. Tăng áp lực lên các cơ sở xử lý nước thải để giảm tải P vào nguồn nước ngọt. Đặc biệt là các địa điểm sinh thái nhạy cảm. Do đó, mục tiêu loại bỏ phốt pho càng ngày càng phổ biến tại các cơ sở xử lý nước. Kể cả xử lý nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nông nghiệp và y tế.
Phương pháp loại bỏ phốt pho ra khỏi nước thải
Việc loại bỏ phốt pho khỏi nước thải thường áp dụng phương pháp hóa lý, xử lý sinh học. Đôi khi là kết hợp cả hai. Các hệ thống xử lý nước thải thường sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống là giảm nhu cầu oxy sinh hóa BOD một cách hiệu quả đối với Nitro. Nhưng không hiệu quả trong xử lý phốt pho xuống mức chấp nhận được.
Để bảo vệ môi trường, các nhà máy xử lý nước thải có nhiệm vụ làm giảm mức độ ô nhiễm bao gồm cả phốt pho. Để nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi xả thải ra tự nhiên.
>>> Bạn có thể tham khảo thêm về quá trình nitrat hóa qua bài viết: Nitrat hóa là gì? Ứng dụng trong xử lý nước thải y tế
Phương pháp loại bỏ phốt pho hóa lý:
Các quá trình hóa lý loại bỏ phốt pho được sử dụng trong nhiều năm trước đây. Bây giờ vẫn được áp dụng. Bao gồm: kết tủa, hấp thụ, trao đổi ion.
Thúc đẩy kết tủa phốt pho
Sử dụng muối kim loại để phản ứng với phốt pho tại bể phản ứng. Các loai muối thường sử dụng như muối kim loại hóa trị III, clorua sắt. Các chất này khi gặp phốt pho sẽ kết tủa thành chất rắn và lắng xuống đáy. Loại bỏ bằng cách lắng trọng lực hoặc lọc.
Nhược điểm của phương pháp này là hợp chất kết tủa khó tách và thu hồi phốt pho để tái sử dụng. So với hệ thống xử lý sinh học, phương pháp hóa lý này không mang lại lợi ích kinh tế. Mặc dù phương pháp này có tính chủ động và dễ kiểm soát hơn. Nhưng tốc độ loại bỏ phốt pho tỷ lệ thuận với khối lượng hóa chất được thêm vào. Dẫn đến chất rắn bổ sụng được tạo ra càng lớn, việc tách phốt pho khỏi chất rắn càng mất nhiều chi phí. Đồng thời chi phí hóa chất bổ sung càng tăng.
Phương tiện hấp thụ loại bỏ phốt pho
Trái ngược với các bộ lọc truyền thống, các bộ lọc thân thiện với môi trường hơn thường dựa vào các đặc tính hấp thụ phốt pho của từng vật liệu để loại bỏ. Cũng dựa vào tiêu chuẩn mục tiêu của từng loại nước thải. Sử dụng các sản phẩm tự nhiên như apatit, bauxite hoặc đá vôi hoặc chất thải công nghiệp như tro, đất nung, xỉ thép hoặc các sản phẩm nhân tạo như filterralite.
Ngoài ra một số sản phẩm nghiên cứu như polonite cũng được đánh giá cao. Loại bỏ 91% tỷ lệ phốt phát. Với khả năng hấp thụ 120g/kg theo báo cáo của Renman&Renman năm 2010.
Tóm lại, khả năng hấp thụ loại bỏ phốt pho phụ thuộc vào hàm lượng hóa chất sử dụng. Sự phát triển của các vật liệu hấp thụ đã nâng cao khả năng sử dụng phương pháp này.
Công nghệ trao đổi ion
Đây là công nghệ sử dụng quá trình khử muối và ion hóa nước. Mặc dù phương pháp này không được áp dụng rộng rãi như phương pháp hóa lý nhưng cũng là một lựa chọn phù hợp với hoàn cảnh xử lý nhất định.
Dạng phốt pho trong nước thải là anion, các hạt cố định của kim loại là cation. Tạo thành cơ sở trao đổi polymer, trên đó các hạt nano chọn lọc phốt pho. Hiệu suất của phương pháp bị chi phối bởi hóa trị và trọng lượng của ion.
Qua nhiều nỗ lực cải thiện hiệu quả khử phốt pho bằng công nghệ trao đổi ion. Sử dụng oxit sắt hoặc nhôm hydroxit làm tăng tính chọn lọc cho các ion phốt phát. Dẫn đến tỷ lệ loại bỏ P là 90%.
Công nghệ trao đổi ion có ưu điểm là có thể phục hồi phốt pho thông qua quá trình xử lý sau môi trường hấp thụ. Tuy nhiên, hóa chất phục hồi khá đắt đỏ và 1 số chất nhạy cảm với môi trường pH dẫn đến việc phục hồi khó khăn.
Loại bỏ phốt pho bằng phương pháp sinh học
Hiệu quả của việc loại bỏ phốt pho trong quá trình xử lý nước thải có thể khác nhau. Tùy thuộc vào thiết bị có sẵn và phương pháp xử lý. Chỉ những cơ sở xử lý nước thải sử dụng các kỹ thuật loại bỏ phốt pho chuyên dụng mới có thể đạt được mức mong muốn.
Phương pháp loại bỏ phốt pho sinh học có thể xả nước thải vào các ao lắng có sục khí khí. Phân hủy chat thải hữu cơ bằng vi khuẩn hiếu khí. Thượng nguồn của quá trình hiếu khí này sử dụng bể kỵ khí. Tuy nhiên, ở cả 2 giai đoạn đều không giảm phốt pho một cách thỏa đáng.
Để đạt được mức loại bỏ phốt pho mong muốn. Bạn có thể sử dụng bùn hoạt tính để tạo ra một quần thể vi sinh vật có khả năng lưu trữ phốt pho nội bào dưới dạng pholyphosphate. Nếu các vi sinh này tồn tại với số lượng đủ. Phốt pho sẽ được loại bỏ cùng với bùn thải.
Loại bỏ phốt pho sinh học tăng cường EPBR được coi là sự thay thế thỏa đáng. Đồng thời cũng khá bền vững về mặt môi trường so với phương pháp lý hóa. Tuy nhiên hiệu suất cũng có sự dao động và phụ thuộc cao vào khả năng vận hành và kiểm soát quy trình.
Xác định PAO (Phosphorus accumulating organisms) trong hệ thống bùn hoạt tính EBPR
PAO là các vi sinh vận tích lũy phốt pho trong nước thải. Phương pháp loại bỏ phốt pho sinh học thông qua các sinh vật PAO vượt ra ngoài yêu cầu các quy trình trao đổi chất bình thường. Tích lũy phốt pho là lượng polyphosphate đuwọc giữ lại làm năng lượng dự trữ để duy trì hoặc cung cấp lợi thế cạnh tranh so với các dị dưỡng thông thường. Vì lý do này, PAO có xu hướng vượt trội hơn các sinh vật khác.
Một số vi sinh PAO nhất định có thể vừa tích lũy phốt pho vừa khử nitrat trong điều kiện kỵ khí xen kẽ. PAO có thể khử nitro, sử dụng nitrat làm chất nhận cuối cùng duy nhất thay vì oxy cho quá trình oxy hóa PHA trong điều kiện anoxic.
Chuyển hóa PAO
Sự tăng trưởng của PAO có thể được thúc đẩy thông qua tối ưu hóa các điều kiện vận hành. Chẳng hạn như thông qua các giai đoạn hiếu khí và kỵ khí. Trong điều kiện yếm khí, PAO hấp thụ VFA bằng cách vận chuyển thứ cấp và lưu trữ dưới dạng PHA. Năng lượng cho quá trình này lấy từ ATP qua quá trình thủy phân polyphosphate trong thoái biến glycogen.
Sự phân hủy polyphosphate làm giải phóng orthophosphate thành chất lỏng khối. Quá trình tổng hợp PHA trong điều kiện yếm khí đòi hỏi phải giảm NADH tương đương, cung cấp theo chu trình TCA.
Ngược lại, ở điều kiện hiếu khí. PHA tích lũy bị oxy hóa bởi chất nhận điện từ có sẵn và giải phóng năng lượng sự dụng cho hấp thụ phốt pho và tổng hợp glycogen. Sự tích lũy ròng phốt pho đạt được do 1 lượng phốt pho hấp thụ trong điều kiện hiếu khí lớn hơn so với giải phóng dưới dạng orthophosphate trong yếm khí.
Kết hợp sự phát triển đáng kể trong công nghệ cùng sự xuất hiện 1 số hệ thống EBPR mới. Việc loại bỏ phốt pho bằng phương pháp sinh học càng ngày càng trở nên bền vững hơn. Các công nghệ mới này có tiềm năng loại bỏ phốt pho tỷ lệ cao. Một số thậm chí đạt mức độ loại bỏ phốt pho hiệu quả duy trì ở thời gian và quy mô khác nhau.
Kết luận
phốt pho là chất dinh dưỡng thực vật quan trọng giúp thúc đẩy quá trình sinh trưởng và phát triển của sinh vật ở tất cả hệ sinh thái. Nhưng đó cũng là yếu tố chính để kích thích loài tảo lam phát triển quy mô rộng gây độc cho con người và động vật hoang dã. Nồng độ phót phát cao do nhân tạo như nước thải dẫn đến hiện tượng phú dưỡng nguồn nước.
Gây chết các động vật thủy sinh và các loài khác. Do đó, các cơ quan môi trường đang tập trung nhiều hơn vào việc xử lý phốt pho trong nước thải. Áp đặt giới hạn về lượng phốt pho tiêu chuẩn đối với các loại nước thải.
Để đảm bảo sự chắc chắn trong việc loại bỏ phốt pho liên tục và hiệu quả, cần tuân thủ các giới hạn về xả thải nhất định. Cần tuân thủ các tiêu chuẩn nồng độ cho phép trước khi xả ra môi trường.
Bài viết được biên soạn và dịch lại bởi nihophawa.com.vn.
