Bài viết Tầm quan trong kiểm soát photpho trong xử lý nước thải trình bày tầm quan trọng kiểm soát photpho; Các dạng photpho trong nước thải; Loại bỏ photpho bằng lắng đọng và bằng sinh học; Loại bỏ photpho bằng kết tủa hóa học; Một số các lưu ý để loại bỏ photpho sinh học.
The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 TẦM QUAN TR NG KIỂM SOÁT PHOTPHO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Bùi Thị Thu Hà Đại học Tài nguyên & Môi trường TP HCM, Số 236B Lê Văn Sỹ, Phường 1, quận Tân Bình, TP HCM Email: hathubuithi@gmail.com TĨM TẮT Nước thải bùn thải đô thị chứa lượng lớn chất dinh dưỡng dạng hợp chất Photpho gây tượng phú dưỡng nguồn tiếp nhận sông, hồ nước biển ven bờ Tốc độ tăng trưởng kinh tế thị hóa nhanh chóng Việt Nam nguyên nhân dẫn đến tình trạng nhiễm mơi trường nước ngày trầm trọng, đặc biệt thành phố lớn Từ khóa: Photpho, phú dưỡng, phèn, vi khuẩn Acinetobacter, photpho sinh học, bể phản ứng sinh học, nước thải Nước bùn đô thị chứa lượng lớn chất dinh dưỡng dạng hợp chất Photpho (P), gây tượng phú dưỡng nguồn tiếp nhận sông, hồ nước biển ven bờ Tốc độ tăng trưởng kinh tế thị hóa nhanh chóng Việt Nam nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nước ngày trầm trọng, đặc biệt thành phố lớn Tầm quan trọng kiểm soát Photpho Phần lớn photpho (P) thải nước mặt sử dụng phân bón Giống nitơ, P sinh vật sống sử dụng xấp xỉ theo tỷ lệ 100C: 5N: 1P Nó dưỡng chất thiết yếu để xây dựng tế bào trì sống Thực vật khơng phát triển nơi không cung cấp đủ P Trong nông nghiệp, người ta thêm P vào đất để khuyến khích tăng trưởng trồng, cịn hệ thống thủy sinh, lại cần thiết hạn chế tăng trưởng sinh thực vật [1, 2, 3] Sự tăng trưởng sinh thực vật nguồn nước mặt sông, hồ, ao có liên quan đến trạng thái phú dưỡng Ví dụ, hồ nước lạnh sâu, thực vật tăng trưởng hạn chế chất dinh dưỡng thấp Trong hồ nóng, ấm áp có lượng chất dinh dưỡng cao Kiểm soát tỷ lệ phú dưỡng nguồn nước mặt liên quan đến việc kiểm soát tốc độ tăng trưởng sinh thực vật Điều thực cách kiểm sốt tải lượng dinh dưỡng vào nguồn nước mặt Photpho khoáng chất có chứa photpho tan thải nguồn nước mặt từ nguồn thải công nghiệp từ nông nghiệp Kiểm soát tải lượng photpho vào nguồn nước mặt phương pháp thực tế hạn chế tốc độ tăng trưởng sinh thực vật tỷ lệ phú dưỡng Giới hạn photpho quy định cho hầu hết loại nước thải nguồn tiếp nhận mức 6-20 mg/L Ví dụ, nhà máy chế biến thủy sản nước ta sử dụng photphat loại phụ gia thực phẩm trình sản xuất nên lượng photpho nước thải tăng lên Theo dự thảo QCVN nước thải chế biến thủy sản [4], giá trị tối đa cho phép tiêu photpho mg/L (cơ sở mới) 10 mg/L (cơ sở hoạt động) nước thải loại A 20 mg/L nước thải 100 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 loại B để thay cho quy định hành 10 mg/L (nước thải loại A) 20 mg/L (nước thải loại B) Tuy nhiên, giới hạn xác định lưu lượng thải, đặc tính nguồn tiếp nhận Ở vùng dân cư phát triển tiếp tục phát triển, giới hạn photpho trở nên hạn chế số khu vực, đặc biệt khu vực gần nguồn nước mặt hồ nơi có phát triển nhanh chóng có nhiều nguồn photpho góp phần vào mơi trường Các dạng Photpho nƣớc thải Tổng P bao gồm ba dạng phổ biến P: Organic (hữu cơ)-P, Poly (ngưng tụ)-P Ortho-P [1, 2] Cả ba hình thức P có mặt nước thải thị P hữu dòng thải phần hợp chất hữu phế liệu thực phẩm, người, chất thải động vật Hợp chất hữu cơ-P hòa tan nước thải, thường kết hợp với hạt vật chất Poly-P dạng chuỗi dài, bao gồm nhiều phân tử PO43- liên kết Poly-P hịa tan, tìm thấy nhiều chất tẩy rửa Ortho-P coi phân tử PO43; thường gọi "phốt phát đơn " Dạng photpho hòa tan phổ biến nhiều chất tẩy rửa, đặc biệt chất tẩy rửa công nghiệp Ví dụ, nhà sản xuất sữa sở chế biến thực phẩm thường sử dụng dung dịch axit photphoric (H3PO4) để làm thải nồng độ Ortho-P cao Loại bỏ Photpho lắng đọng sinh học Vì phần lớn chất hữu cơ-P kết hợp với hạt rắn lơ lửng nước thải thô, số trường hợp P loại bỏ hạt rắn lắng đọng bể lắng sơ cấp giai đoạn loại bỏ 5-15 % tổng lượng P [6, 7] Photpho hấp thụ sinh khối vi sinh vật phát triển bể xử lý sinh học tỷ lệ 100C: 5N: 1P Với bể lọc sinh học nhỏ giọt loại bỏ 20-30 % tổng lượng P Nhiều bể sinh học sử dụng bùn hoạt tính loại bỏ từ 30 đến 50 % tổng lượng ảnh hưởng P Đây phương thức loại bỏ P đáng kể Loại bỏ Photpho kết tủa hóa học Phương pháp sử dụng phổ biến để loại bỏ P cách kết tủa với muối kim loại Trong trình hóa chất thêm vào kết hợp với P để tạo thành hạt ổn định, nhiều hạt ổn định kết thành bị loại trình lắng Khi sử dụng muối kim loại với liều lượng hợp lý Organic-P Poly-P chuyển thành Ortho-P thường thêm vào cuối bể sục khí trước bể lắng thứ cấp Dung dịch muối sắt sử dụng để loại bỏ P hiệu thực tế nhiều nơi giới Sắt thêm vào trạng thái hóa trị hai Ferrous Chloride (FeCl2), trạng thái hóa trị ba Clorua sắt (FeCl3) Cả hai giải pháp có tính axit, ăn mịn đường ống van, làm bẩn thiết bị màu nâu da cam Ferric Chloride (FeCl3) thường sản phẩm với tỷ lệ sắt cao dung dịch, đắt [6, 7] Các dung dịch muối nhôm thường sử dụng để loại bỏ P nhiều sở Các muối sử dụng phổ biến nhôm sunfat (Al2 (SO4)3.14H2O), gọi phèn Trong dung dịch có tính axit, điều khơng nguy hiểm dung dịch muối sắt không 101 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 bị ố vàng Những bất lợi với phèn liều lượng gấp đơi giải pháp muối sắt chi phí cao Loại bỏ photpho sinh học Vào cuối năm 1960 đầu năm 1970, người ta phát số vi sinh vật bùn hoạt tính sử dụng cơng trình sinh học loại bỏ P nhiều tỷ lệ 100C: 5N: 1P (tỷ lệ P tối thiểu để nuôi cấy vi sinh vật) mà khơng cần bổ sung hóa chất [6, 7] Các lý thuyết tập trung vào tính chất cấp khí tính chất nước thải Cuối người ta tìm thấy bể sinh học tốc độ loại bỏ P đạt hiệu tốt MLSS chuyển từ mơi trường kỵ khí sang mơi trường hiếu khí Nghiên cứu tình mà chu kỳ MLSS từ kỵ khí theo sau điều kiện hiếu khí vi khuẩn Acinetobacter bắt đầu tích lũy sinh khối sử dụng P làm chế lưu trữ lượng [1, 2, 3] Trong q trình phân hủy kỵ khí vi khuẩn bắt đầu phân hủy chất hữu chất thải, giải phóng axit dễ bay axit axetic vào dung dịch Những axit hữu trở thành nguồn cung cấp thực phẩm cho Acinetobacter Khi vi khuẩn tiêu thụ axit hữu chúng giải phóng P vào dung dịch để tạo lượng cần thiết cho trao đổi chất Nồng độ Ortho-P lúc bể phản ứng cao so với P dòng vào Khi MLSS vào phần phản ứng hiếu khí, Acinetobacter tiêu thụ thực phẩm lưu trữ kết hợp lượng photpho dư thừa vào sinh khối, loại bỏ P khỏi hệ thống Nhiều thiết kế công nghệ khác tăng lên qua nhiều năm nỗ lực tối đa hóa số lượng P bị loại bỏ sinh khối A/O (kỵ khí /hiếu khí) nét cơng nghệ sớm q trình sinh học loại bỏ photpho Quy trình A2/O (kỵ khí, Anoxic, Oxic) tương tự A/O, thêm bể khuấy khí tuần hoàn nước hỗn hợp thành khu vực anoxic nơi trình khử nitơ diễn Điều nhằm giảm thiểu nồng độ nitrat mà không tái tuần hồn đến khu kỵ khí [7, 8] Mương Oxy hóa sửa đổi q trình bùn hoạt tính loại bỏ photpho sinh học Cơ chế sinh học giống mô tả bên sử dụng cấu hình bể khác Được thiết kế ba bể ba vòng đồng tâm, nước thải vào vòng vận hành điều kiện yếm khí Sau hỗn hợp vào hai vịng bên trong, hai thường hiếu khí Khi nước thải qua kỵ khí photpho hữu bị phân hủy thành photpho vô bị hấp thu hai vịng hiếu khí bên loại bỏ photpho khỏi dịng thải [8, 9] Một cơng trình bùn hoạt tính khác thường loại bỏ photpho sinh học bể phản ứng dạng mẻ SBR Hệ thống điền đầy bắt đầu giai đoạn kỵ khí, phân hủy photpho theo sau giai đoạn hiếu khí, photpho sử dụng làm tăng sinh khối, giai đoạn giải phía dưới, cịn nước rút từ phía bể phản ứng Một số lƣu ý để loại bỏ photpho sinh học • Loại bỏ photpho sinh học tốt có BOD phù hợp Các chất thải yếu, pha lỗng môi trường không đủ nhu cầu ôxy để đạt mơi trường yếm khí cần thiết Lượng BOD cần thiết thường biểu diễn dạng tỷ lệ BOD với Photpho (BOD: P), với tỷ lệ khoảng 15-20: thường thích hợp (tỷ lệ P nước thải đầu vào) • Phải có đủ thời gian giữ yếm khí, để giảm chuyển sulfate thành sulfide Tối ưu thời gian yếm khí phụ thuộc vào tỷ lệ BOD: P, khoảng 1-3 • Thời gian hiếu khí phải đủ dài để loại bỏ BOD phù hợp nitrat hóa cần thiết Điển hình 4-5 102 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 • Nitrat hóa gây nhiễu không cần khử nitơ Nitrate trở thành nguồn ơxy cho vi khuẩn D.O khơng có sẵn TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Đức Phẩm - Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học (2007) Nhà Xuất Giáo dục Lâm Ngọc Thụ, Trần Thị Hồng - Hóa học nước (2006) Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật Lâm Minh Triết Đỗ Hồng Lan Chi - Vi sinh vật kỹ thuật môi trường (2003) Viện Tài nguyên & Môi trường TP Hồ Chí Minh VASEP góp ý Dự thảo QCVN 11:2017 nước thải chế biến thủy sản (2007) - Hiệp hội chế biến xuất thủy sản Việt Nam Activated Sludge Process - London, Canada: City of London URL [Accessed: 22.05.2012 Frelund B, Griebe T, Nielsen P H, 1995 - Enzymatic activity in the activated-sludge floc matrix, Appl Microbiol Biotechnol, (2012) 43:755-761 Rick Snyder, Governor, Dan Wyant- Activated Sludge Process Control, Training Manual For Wastewater Treatment Plant Operators (2017) State of Michigan, Department of Environmental Quality Rose D G - Community‐Based Technologies for Domestic Wastewater Treatment and Reuse‐ options for urban agriculture (1999) Ottawa: International Development Research Center Canada (IDRC) Jiri Wanner - The Activated Sludge Process, (2000) Institute of Chemical Technology Prague, CZ IMPORTANT OF PHOSPHORUS CONTROL IN WASTEWATER TREATMENT Bui Thi Thu Ha HCMC University of Natural Resources and Environment, 236B Le Van Sy, Ward 1, Tan Binh district, Ho Chi Minh City Email: hathubuithi@gmail.com ABSTRACT Wastewater and urban sludge contains large amounts of nutrients in the form of Phosphorus compounds can cause eutrophication in the receiving waters of rivers, lakes and coastal waters The rapid economic growth and urbanization in Vietnam is the cause of the increasingly severe water pollution, especially the big cities 103 ... Khi nước thải qua kỵ khí photpho hữu bị phân hủy thành photpho vô bị hấp thu hai vịng hiếu khí bên loại bỏ photpho khỏi dòng thải [8, 9] Một cơng trình bùn hoạt tính khác thường loại bỏ photpho. .. Ortho-P [1, 2] Cả ba hình thức P có mặt nước thải thị P hữu dịng thải phần hợp chất hữu phế liệu thực phẩm, người, chất thải động vật Hợp chất hữu cơ-P hịa tan nước thải, thường kết hợp với hạt vật... hành 10 mg/L (nước thải loại A) 20 mg/L (nước thải loại B) Tuy nhiên, giới hạn xác định lưu lượng thải, đặc tính nguồn tiếp nhận Ở vùng dân cư phát triển tiếp tục phát triển, giới hạn photpho trở