Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề dương liễu hoài đức hà nội theo hướng thu hồi photpho

Song, trong nước thải của sản xuất tinh bột sắn có khá nhiều tinh bột, N, P, CN-…Tại làng nghề chế biến nông sản thực phẩm Dương Liễu – Hoài ðức – Hà Nội, các chỉ tiêu trong nước thải ñề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

NGÔ NGỌC ÁNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN TẠI LÀNG NGHỀ DƯƠNG LIỄU - HOÀI ðỨC - HÀ NỘI

THEO HƯỚNG THU HỒI PHOTPHO

CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ : 60.44.03.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHAN TRUNG QUÝ

HÀ NỘI, NĂM 2014

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp i

LỜI CAM ðOAN

Tên tôi là Ngô Ngọc Ánh, học viên cao học lớp Khoa học môi trường K21, chuyên ngành Môi trường, khoá 2012 - 2014 Tôi xin cam ñoan luận văn thạc

sĩ ‘‘Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương

Liễu – Hoài ðức – Hà Nội theo hướng thu hồi photpho’’ là công trình nghiên

cứu của riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu ñược từ thực nghiệm và không sao chép

Học viên

Ngô Ngọc Ánh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp ii

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn ñến gia ñình, bạn bè, những người ñã luôn bên tôi, ñộng viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện ñề tài nghiên cứu của mình

Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2014

Ngô Ngọc Ánh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp iii

2.1 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn 3 2.1.1 Các công ñoạn chủ yếu trong quá trình chế biến 4 2.1.2 Hiện trạng nước thải tại làng nghề chế biến tinh bột sắn 6 2.1.3 Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn ở Việt Nam 8 2.2 Các phương pháp thu hồi 12 2.2.1 Thu hồi lân bằng phương pháp hóa học 13 2.2.2 Thu hồi lân bằng phương pháp sinh học 17 2.3 Tổng quan về công nghệ công nghệ thu hồi P trong nước thải trên

3.5 Phương pháp nghiên cứu 28

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp iv

3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 28 3.5.2 Phương pháp ñiều tra khảo sát thực ñịa, phỏng vấn bán chính thức 29 3.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 29 3.6 Phương pháp phân tích dòng vật chất 31

4.1 ðiều kện tự nhiên, kinh tế - xã hội làng nghề Dương Liễu 32 4.1.1 ðiều kiện tự nhiên làng nghề xã Dương Liễu 32 4.1.2 ðiều kiện kinh tế - xã hội làng nghề xã Dương Liễu 34 4.2 Kết quả ñiều tra hiện trạng chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương

Liễu – Hoài ðức – Hà Nội 35 4.3 Kết quả phân tích nước thải làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu 39 4.4 Kết quả xác ñịnh dòng phopho trong môi trường làng nghề Dương Liễu 41 4.5 Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải theo hướng thu hồi photpo 47

4.5.2 Hiệu suất keo tụ nước thải chế biến sắn bằng phèn nhôm 48 4.5.3 Hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ 49 4.5.4 Khảo sát lượng H2SO41M cần thiết ñể hòa tan sản phẩm sau nung 52 4.5.5 Khảo sát khối lượng CaO cần thiết ñể kết tủa PO43- 53 4.5.6 Tính toán sơ bộ chi phí thu hồi lân từ nước thải chế biến bột sắn 56

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp v

Tiêu chuẩn Việt Nam Tài nguyên và Môi trường

Ủy ban nhân dân

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học trong sắn củ 3 Bảng 2.2 Tính chất nước thải chế biến sắn 7 Bảng 2.3 Tính chất nước thải sản xuất tinh bột sắn 7 Bảng 2.4 Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, nhôm, sắt tại 25oC 14 Bảng 2.5 Hiệu quả tách loại photphat phụ thuộc vào liều dùng trong xử lý sơ cấp 18 Bảng 2.6 Một số quy trình tận thu P từ nước thải và bùn thải 27 Bảng 4.1 Phân bố ngành nghề xã Dương Liễu 35 Bảng 4.2 ðặc trưng nước thải làng nghề sản xuất tinh bột sắn Dương Liễu 40 Bảng 4.3 Kết quả hiệu suất keo tụ nước thải chế biến sắn bằng phèn nhôm 48 Bảng 4.4 Kết quả khảo sát lượng H2SO41M cần thiết ñể hòa tan sản

Bảng 4.5 Kết quả khảo sát khối lượng CaO cần thiết ñể kết tủa PO43- với

loại nước thải có nồng ñộ PO43- từ 8 ñến 10 g/lít 54 Bảng 4.6 Kết quả khảo sát khối lượng CaO cần thiết ñể kết tủa PO43- với

loại nước thải có nồng ñộ PO43- từ 11 ñến 13 g/lít 55 Bảng 4.7 Tính toán sơ bộ chi phí thu hồi lân từ nước thải chế biến bột sắn 56

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ ñồ công nghệ chế biến tinh bột sắn 5 Hình 2.2: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long 8 Hình 2.3: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu 9 Hình 2.4: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long 11 Hình 2.5: Quá trình A/O xử lý photpho 19 Hình 2.6: Quá trình phostrip xử lý photpho 20 Hình 2.7: Quá trình A2/O xử lý photpho 21 Hình 2.8: Quá trình bardenpho năm giai ñoạn xử lý photpho 22 Hình 2.9: Quá trình UCT xử lý photpho 23 Hình 2.10: Quá trình VIP xử lý photpho 23 Hình 4.1 Bản ñồ vị trí hành chính xã Dương Liễu 32 Hình 4.2 Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại xã Dương Liễu 1960 – 1970 36 Hình 4.3 Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại xã Dương Liễu hiện tại 37 Hình 4.4 Sơ ñồ dòng di chuyển của photpho từ hộ gia ñình và quá trình sản

xuất tinh bột sắn xã Dương Liễu 43 Hình 4.5 Sơ ñồ ñịnh tính và ñịnh lượng dòng photpho ñối với hộ gia ñình làng

Hình 4.6 Sơ ñồ ñịnh tính và ñịnh lượng dòng photpho của quá trình sản xuất

tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu 44 Hình 4.7 Sơ ñồ ñịnh tính và ñịnh lượng dòng photpho từ hộ gia ñình và quá

trình sản xuất tinh bột sắn xã Dương Liễu 46 Hình 4.8 Quy trình thu hồi photpho 47 Hình 4.9 ðồ thị biểu diễn kết quả hiệu suất keo tụ nước thải chế biến sắn bằng

Hình 4.10 Sơ ñồ khảo sát ảnh hưởng của pH ñến hàm lượng SS của nước thải 49 Hình 4.11 Sơ ñồ khảo sát ảnh hưởng của pH ñến khả năng xử lý COD của

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp viii

Hình 4.12 Sơ ñồ khảo sát ảnh hưởng của pH ñến khả năng xử lý P của nước thải 51 Hình 4.13 Hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ 51 Hình 4.14 ðồ thị biểu dễn kết quả khảo sát lượng H2SO41M cần thiết ñể hòa

Hình 4.15 ðồ thị biểu diễn kết quả khảo sát khối lượng CaO cần thiết ñể kết

tủa PO43- với loại nước thải có nồng ñộ PO43- từ 8 ñến 10 g/lít 54 Hình 4.16 ðồ thị biểu diễn kết quả khảo sát khối lượng CaO cần thiết ñể kết

tủa PO43- với loại nước thải có nồng ñộ PO43- từ 11 ñến 13 g/lít 55

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 1

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Photpho là nguyên tố cơ bản của sự sống và có mặt trong rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Hợp chất hóa học chứa photpho có trong nước thải và nếu không có biện pháp xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường

Hoạt ñộng làng nghề nói chung và làng nghề chế biến tinh bột sắn nói riêng có nhiều ñóng góp cho kinh tế xã hội của nước ta Song, trong nước thải của sản xuất tinh bột sắn có khá nhiều tinh bột, N, P, CN-…Tại làng nghề chế biến nông sản thực phẩm Dương Liễu – Hoài ðức – Hà Nội, các chỉ tiêu trong nước thải ñều vượt quá TCVN 5945 – 1995 (cột B) từ 5 – 32 lần, trong ñó chỉ tiêu Photpho tổng số vượt mức cho phép 20 lần [7] làm giảm chất lượng môi trường nước ñặc biệt là có nguy cơ gây hiện tượng phú dưỡng Bên cạnh ñó nếu thu hồi ñược lượng photpho trong nước thải không những hạn chế ñược nguy cơ gây hiện tượng phú dưỡng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng ñược photpho làm nguyên liệu cho sản xuất phân bón

Vì thế việc tìm ra giải pháp xử lý thích hợp ñối với nước thải từ làng nghề chế biến tinh bột sắn này có ý nghĩa rất lớn Trên cơ sở ñịnh hướng “tái sử dụng và thu hồi chất dinh dưỡng” việc xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn vừa ñáp ứng ñược mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm năng lượng, hóa chất vừa thu nhận và tiết kiệm ñược nguồn tài nguyên

Xuất phát từ thực tiễn trên tôi ñã thực hiện ñề tài “Nghiên cứu xử lý nước

thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu – Hoài ðức – Hà Nội theo hướng thu hồi photpho.”

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 2

1.2 Mục ựắch, yêu cầu

1.2.1 Mục ựắch

Nghiên cứu và xử lý photpho trong nước thải chế biến tinh bột sắn bằng phương pháp hóa học kết tủa Canxinphophat Ca3(PO4)2 và thu hồi photpho ựể tận dụng làm nguyên liệu cho phân bón

1.2.2 Yêu cầu

- Nghiên cứu dòng di chuyển của photpho trong nước thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu

- Nghiên cứu tắnh chất nước thải tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu

- đánh giá sơ bộ hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ

- Xác ựịnh hiệu quả thu hồi photpho ựể giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước và tận dụng lân làm phân bón

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 3

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột sắn

Sắn (hay còn gọi là khoai mỳ) là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc ở vùng nhiệt ựới của Châu Mỹ La Tinh Hiện tại sắn ựược trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt ựới, cận nhiệt ựới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người Ở nước ta, cây sắn có vai trò quan trọng trong ựời sống kinh tế xã hội và là loại lương thực ựứng sau gạo Sắn ựược trồng hầu hết ở tám vùng sinh thái, nhưng phổ biến là các vùng trung du miền núi Diện tắch sắn trồng nhiều nhất là ở đông Nam Bộ và Tây Nguyên

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 4

2.1.1 Các công ñoạn chủ yếu trong quá trình chế biến

- Thu mua nguyên liệu: từ các tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, Lai Châu, Phú Thọ nguyên liệu ñược chuyển ñến bằng xe tải Sau ñó sắn ñược thu mua và chuyển về tại mỗi hộ sản xuất

- Rửa và cạo vỏ: Trước ñây, công ñoạn tách vỏ ñược thực hiện thủ công Hiện nay, công ñoạn rửa cạo vỏ, cắt khúc, bỏ rễ, lớp vỏ gỗ và ñất ñược thực hiện bằng máy quay guồng Tại các thùng rửa, củ ñất cát và phần vỏ gỗ ñược chà xát bằng lô cuốn có gắn các sợi kim loại trên bề mặt kết hợp với nước rửa ñược bơm liên tục với mục ñích rửa sạch lớp bột bám trên bã Sau công ñoạn này củ ñược tách

ra khỏi lớp vỏ gỗ, các tạp chất theo nước thải ra ngoài và ñổ thẳng ra kênh, mương

- Xay nghiền và lọc, tách bã: Sau khi ñể ráo, chúng ñược ñem ñi xay nghiền và lọc, tách bã Công ñoạn này ñược thực hiện bằng máy liên hoàn Bã ñược tách ra và bán cho người dân thu mua làm thức ăn gia súc, phần dịch sữa ñược bơm sang bể lắng

- Lắng: ðối với sắn mùa hè ñể lắng từ 4-5 giờ, mùa ñông ñể lắng từ 10-12 giờ

Lằng lần 1: Nhằm tách bột ñen (là bột có lẫn tạp chất), nước thải từ quá trình này có chứa nhiều bột nên hàm lượng chất hữu cơ cao, vì vậy nó dễ lên men gây chua nhanh

Lắng lần 2: ñể thu bột loại 2

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 5

[6]

Hình 2.1 Sơ ñồ công nghệ chế biến tinh bột sắn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 6

2.1.2 Hiện trạng nước thải tại làng nghề chế biến tinh bột sắn

Nước thải sinh ra từ bãi tập kết nguyên liệu, nước thải do mưa chảy tràn tạo ra, rất ñục do chất rắn lơ lửng cao; nước thải sinh ra từ quá trình rửa, bóc vỏ thì chứa nhiều tạp chất cơ học, hàm lượng hữu cơ thấp; nước thải sinh ra từ quá trình lọc, lắng chứa nhiều tinh bột, xơ mịn, cặn không tan, xyanua, COD, BOD

và SS cao Khối lượng nước thải rất lớn vào khoảng 10 -30 m3 /tấn tinh bột Nước thải sản xuất tinh bột sắn có chứa cyanua là hợp chất ñộc tính cao, pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng cao (khoảng 120 – 3000mg/l).[6] Ngoài ra trong nước thải của ngành sản xuất chế biến tinh bột sắn có hàm lượng nito, photpho cao gây ra hiện tượng bùng nổ phát triển các loại tảo, khi quá nhiều sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng, khi ñến một mức ñộ giới hạn nào ñó tảo chết ñi và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxi Nếu nồng ñộ oxi giảm xuống

sẽ gây nên hiện tượng thủy vực chết Ngoài ra, các loại tảo sẽ tạo ra trên mặt nước một lớp màng khiến những tầng nước bên dưới không có ánh sáng, quá trình quang hợp của thủy vực bị ngừng trệ Tất cả các hiện tượng trên gây tác ñộng không nhỏ ñến chất lượng nước, hệ thủy sinh, du lịch, cấp nước ñặc biệt là ñời sống của người dân

Hiện nay trừ những nhà máy chế biến sắn theo quy mô lớn và có sự hợp tác của nước ngoài có hệ thống xử lý nước thải thì phần lớn các nhà máy nhỏ lẻ

và các làng nghề chế biến sắn theo lối thủ công truyền thống có kỹ thuật thô sơ, không có trình ñộ nên nước thải ñược xả trực tiếp ra kênh, sông gây ô nhiễm nguồn nước Bên cạnh ñó nước thải ô nhiễm ñã làm ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước ngầm, hiện nay 100% dân số tại làng nghề sử dụng nguồn nước ngầm phục vụ sinh hoạt do vậy những người dân tại làng nghề thiếu nước sạch một cách trầm trọng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 7

Bảng 2.2 Tính chất nước thải chế biến sắn

STT Chỉ tiêu ðơn vị Giá trị QCVN 24:2009,

STT Chỉ tiêu ðơn vị

Bể rửa, bóc nhỏ

và băm nhỏ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 8

2.1.3 Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột sắn ở Việt Nam [13]

* Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Phước Long – Bình Phước

Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai

mỳ Phước Long ñược chỉ ra ở hình 2.2

Hình 2.2: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long

Ưu ñiểm:

- Vận hành ñơn giản, chi phí vận hành thấp

Nhược ñiểm:

- Chiếm diện tích lớn

- Cần phải chống thấm cho các hồ, tốn kinh phí lớn

- Nước thải ñầu ra không ổn ñịnh, có thể không ñạt tiêu chuẩn, dễ phát sinh ra mùi hôi thối

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 9

* Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Tân Châu – Tây Ninh

Quy trình hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Tân Châu – Tây Ninh ñược chỉ ra ở hình sau:

Hình 2.3: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ ở Tân Châu

Quy trình công nghệ xử lý nước thải bao gồm: lắng loại cát, tạp chất sau

ñó trung hòa nâng pH lên giá trị trung tính Kế tiếp nước thải ñược xử lý qua hệ thống hồ sinh học gồm 4 hồ kị khí và 2 bể tùy tiện

Nước thải ñược thu gom từ các phân xưởng sẽ chảy qua bể lắng chảy vào

bể trung hòa Ở bể trung hòa, dung dịch xút sẽ ñược ñưa vào bể nhằm trung hòa các axit có trong nước thải Sau ñó nước thải ñược ñưa vào hệ hồ 2, 3, 4 ñể xử lý bằng phương pháp sinh học

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 10

để hiệu quả xử lý ựược nâng cao, hệ hồ phải ựược vét nạo thường xuyên cũng như tăng ựộ sâu của hai hồ ựầu tiên nhằm tạo ựiều kiện tốt cho hoạt ựộng yếm khắ của vi khuẩn

Nước thải sau khi xử lý ựạt tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn Nhưng theo kết quả ựánh giá thì chất lượng nước thải ra nguồn cao hơn tiêu chuẩn cho phép (BOD là 240mg/l, COD là 336mg/l), tuy nhiên nước thải sau xử lý có thể dùng tưới tiêu tốt

Ưu ựiểm:

- Vận hành ựơn giản, chi phắ thấp

Nhược ựiểm:

- đòi hỏi diện tắch xây dựng lớn

- Việc chống thấm ở các hồ ựầu tiên (các hồ kỵ khắ và tùy tiện) là rất quan trọng nhằm tránh hiện tượng thấm nước thải vào ựất, ảnh hưởng ựến chất lượng nguồn nước ngầm khu vực

* Nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Hoàng Minh

Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai

mỳ Phước Long ựược chỉ ra ở hình 2.4

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 11

Hình 2.4: Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long

Nước thải sau khi ñược trung hòa ñể nâng nồng ñộ pH sẽ ñược dẫn ñến bể ñiều hòa lưu lượng và nồng ñộ ñồng thời xử lý một phần chất thải Sau ñó nước thải sẽ ñược xử lý kỵ khí bằng UASB và hiếu khí bằng aerotank Bùn sau lắng ñược ñưa ra nhà máy nén bùn và sân phơi bùn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 12

Ưu ñiểm:

- Hệ thống vận hành ñơn giản, không tốn nhiều diện tích

Nhược ñiểm:

- Không xử lý triệt ñể lượng CN- trong nước thải

- Nếu muốn ñạt tiêu chuẩn loại A (QCVN: 40/2011) hệ thống phải xử lý với tải lượng lớn dẫn ñến khó kiểm soát

2.2 Các phương pháp thu hồi [4]

Hầu như tất cả các hợp chất của photpho không tồn tại ở dạng bay hơi trong ñiều kiện thông thường, vì vậy ñể tách photpho ra khỏi nước cần phải chuyển hóa chúng về dạng không tan trước khi áp dụng các kỹ thuật tách chất lắng như: lọc, lắng hoặc tách trực tiếp qua màng thích hợp Hợp chất photpho trong môi trường nước thải tồn tại trong các dạng: photpho hữu cơ, photphat ñơn (H2PO4- , HPO42-, PO43-) tan trong nước, polyphotphat hay còn gọi là photphat trùng ngưng, muối photphat và photpho trong tế bào sinh khối

Xử lý hợp chất photpho dựa trên các nguyên tắc sau:

- Kết tủa photphat (ñơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có ñộ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn

- Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy lượng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong ñiều kiện hiếu khí Thông thường hàm lượng photpho trong tế bào chiếm 1,5 - 2,5% khối lượng tế bào khô, một số loại có thể hấp thu cao hơn, từ 6 - 8% Trong ñiều kiện yếm khí chúng lại thải ra phần tích lũy dư thừa Quá trình loại bỏ photpho dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ photpho tăng cường Photpho ñược tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều photpho) hoặc tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 13

Tách các hợp chất photpho ñồng thời với các tạp chất khác qua quá trình màng thích hợp: màng nano, màng thẩm thấu ngược hoặc ñiện thẩm tích Về nguyên tắc hiệu quả tách lọc qua màng có hiệu suất cao nhưng do giá thành quá ñắt nên hầu như chưa thấy có ứng dụng trong thực tế

2.2.1 Thu hồi lân bằng phương pháp hóa học

2.2.1.1 Kết tủa photphat

Kết quả từ những nghiên cứu sâu và rộng cho thấy trong khi kết tủa photphat với các ion kim loại nêu trên, kết tủa không phải là cơ chế duy nhất mà quá trình hấp phụ, keo tụ xảy ra ñồng thời ở trong hệ cũng ñóng góp vào việc tách photphat tan ra khỏi môi trường nước Hợp chất photphat dạng kết tủa gồm rất nhiều loại, khác nhau về cấu trúc rắn, dạng tinh thể, thành phần hóa học, thậm chí không tuân theo công thức tỉ lượng hoặc chúng thay ñổi ngay trong thời gian ngắn Riêng ñối với ion sắt (II), (III) và nhôm khi tồn tại ở trong nước tự bản thân chúng ñã tham gia một loạt các phản ứng như thủy phân, tạo ra các phân tử lớn hơn như dime, trime cũng như polyme có mạch dài ngắn khác nhau hoặc các dạng hydroxit có hóa trị khác nhau Hydroxit, polyme của sắt và nhôm trong nước ñóng vai trò chất hấp phụ, chất keo tụ có khả năng hấp phụ photphat tan hoặc keo tụ các hợp chất photphat không tan cùng lắng

Diễn biến trong hệ nước - photphat – Al3+, Fe2+, Fe3+ phụ thuộc vào ñiều kiện môi trường như pH, thế oxy hóa khử (Eh) cũng như chính nồng ñộ của các cấu tử tham gia phản ứng ðặc trưng quan trọng nhất của một quá trình kết tủa là tích số tan (ñộ tan) của sản phẩm tạo thành Tích số tan của một chất càng nhỏ thì hiệu quả kết tủa càng cao

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 14

Bảng 2.4 Tích số tan của một số hợp chất photphat với canxi, nhôm, sắt tại 25 o C

FePO4 2H2O Fe3+ + PO43- + 2H2O 10-23

AlP O4 2H2O Al3+ + PO43- + 2H2O 10-21

CaHPO4 Ca2+ + HPO42- 10-6,6

Ca4H(PO4)3 4Ca2+ + 3PO43- + H+ 10-46,9

Ca10(PO4)6(OH)2 10Ca2+ + 6PO43- +2OH

- Hydroxit sắt, nhôm tan trở lại vào nước dưới dạng ferrat hoặc aluminat [(Fe(OH)4-, Al(OH)4-)] ở vùng pH cao (trên 8,5), ở vùng thấp hơn chúng tồn tại ở dạng kết tủa, keo tụ, cùng lắng với các hợp chất photphat tạo thành Hiện tượng keo tụ, hấp phụ

có vai trò quan trọng hơn trong hệ sử dụng muối sắt, muối nhôm khi kết tủa so với

sử dụng vôi

2.2.1.2 Kết tủa với canxi

Hợp chất canxi thường sử dụng là vôi tôi, Ca(OH)2 ðồng thời với sự hình thành các hợp chất của canxi với photpho xảy ra phản ứng tạo thành CaCO3 từ ñộ cứng và ñộ kiềm của nguồn nước Hiệu quả tách photpho khi kết tủa với canxi

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 15

phụ thuộc mạnh vào pH, hiệu quả tốt tại vùng pH cao [14], vì vậy nên quá trình ñược tiến hành ở vùng pH cao

Khi ñưa vôi vào hệ phản ứng, canxi (Ca2+ ) và ñộ kiềm (HCO3-) trong nước phản ứng tạo ra canxi cacbonat (cancit) do sự dịch chuyển cân bằng của bicacbonat về cacbonat khi pH ñạt trên 10 (hằng số cân bằng cặp HCO3-, CO32- ,pKA = 8,3) Chỉ có lượng canxi dư sau khi tạo thành canxi cacbonat mới phản ứng với photphat Phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm không tan khác nhau nhưng chủ yếu là hydroxylapatit:

10Ca2+ + 6PO43- + 2OH- Ca10(PO4)6(OH)2

Lượng vôi ñưa vào còn bị tiêu thụ do các phản ứng kết tủa canxi carbonat và ñộ kiềm (khử ñộ cứng theo phương pháp vôi - sô ña)

Ca2+ + Ca(OH)2 + 2HCO3- 2CaCO3 + 2H2O

ðể có ñược nồng ñộ photphat dư dưới mức 1mgP/l phản ứng ñược tiến hành tại pH = 10,5 - 11 Liều lượng vôi sử dụng trước hết phụ thuộc vào ñộ kiềm của nước và nồng ñộ photphat ban ñầu, thông dụng là 1,4 - 1,5 lần lớn hơn ñộ kiềm tính theo CaCO3

Do pH của môi trường sau khi kết tủa cao, không phù hợp cho quá trình keo tụ và lắng nên nó cần ñược trung hòa (với khí CO2) và ñồng thời ñáp ứng tiêu chuẩn thải Vôi có thể sử dụng phối hợp với muối sắt trong phản ứng kết tủa, canxi cacbonat tạo thành ñóng vai trò chất keo tụ

2.2.1.3 Kết tủa với muối sắt (II)

Muối sắt (II) chủ yếu là dạng sắt sunfat hoặc clorua, là chất thải của quá trình xử lý bề mặt kim loại như tẩy gỉ sắt trước khi sơn, mạ Dung dịch thải có thể chứa tới 15% axit nằm ở dạng axit tự do hoặc dạng ion (khi thủy phân ion sắt

sẽ nhả ra H+) và có thể chứa một số ion kim loại nặng

Sắt(II) có thể bị oxy hóa thành sắt(III) trong môi trường với oxy phân, sau khi oxy hóa thành Fe(III) sẽ xảy ra quá trình thủy phân tạo ra một loạt phức chất dạng hydroxit Có nhiều nghiên cứu cho thấy sắt(III) hình thành từ quá trình oxy hóa sắt(II)

có hiệu quả hơn là sắt(III) ñưa từ ngoài vào trong quá trình tách loại photphat

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 16

Trong môi trường không có oxy hòa tan, sắt(II) tạo sản phẩm sắt photphat:

Fe2+ + PO43- Fe3(PO4)2

Sử dụng muối sắt(II) ñể kết tủa photphat ít ñược sử dụng trong thực tế do sản phẩm khó lắng hoặc là tạo phức với chất hữu cơ có mặt trong nước thải không có khả năng lắng

Muối sắt(II) thường ñược sử dụng phối hợp với vôi, ñưa vào ñồng thời Phản ứng của muối sắt(II) dưới dạng muối sunfat:

FeSO4 + Ca(HCO3)2 Fe(HCO3)2 + CaSO4

Sắt bicacbonat tạo thành tiếp tục phản ứng với vôi:

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + CaCO3 + H2O

Sắt(II) hydroxit tiếp tục ñược oxy hóa với oxy ñể tạo ra sắt(III) hydroxit là dạng chất hấp phụ photphat

2.2.1.4 Kết tủa với muối nhôm và muối sắt(III)

Tính năng kết tủa photphat của Al3+ và Fe3+ tương tự nhau Fe(III) có thể

sử dụng từ sắt(III) sunfat hoặc clorua Al(III) có thể sử dụng từ phèn nhôm [Al2(SO4)3 18H2O], natri aluminat NaAlO2, poly nhôm clorua (polyaluminum chloride, PAC)

Phản ứng kết tủa của photphat ñơn với Al(III) và Fe(III) như sau:

Al3+ + HnPO43-n AlPO4 + nH+

Fe3+ + HnPO43-n FePO4 + nH+

Song song với phản ứng tạo muối photphat, trong hệ xảy ra một loạt các quá trình của chính bản thân Al3+ và Fe3+ là các quá trình thủy phân, tạo phức chất vô cơ, và tạo polyme kim loại

Quá trình thủy phân:

Me3+.6H2O → Me2+(OH).5H2O →Me+(OH)2.4H2O →Me(OH)3.3H2O → Me(OH)4-.2H2O

Chất kết tủa dưới dạng hydroxit Me(OH)3 hình thành ñóng vai trò chất hấp phụ photphat Cơ chế loại bỏ photphat tan khi kết tủa với Al3+, Fe3+ bao gồm hai cơ chế: kết tủa và hấp phụ ñược xem là khẳng ñịnh Tuy vậy có những kếtquả

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 17

nghiên cứu (trên các mẫu tự tạo) khẳng ñịnh photphat tan không thể loại bỏ thông qua chất kết tủa AlPO4 Trên cơ sở tính toán lý thuyết và kiểm nghiệm qua thí nghiệm cho thấy tại pH=7, sử dụng phèn nhôm ñể tạo kết tủa photphat thì lượng photphat dư trong nước ở thế cân bằng với AlPO4 rắn là 2244 mgP/l Vì vậy cơ chế tách loại photphat tan là do hấp phụ trên hydroxit tạo thành, hydroxit tạo thành còn có khả năng hấp phụ cả hợp chất photpho dạng trùng ngưng và dạng hữu cơ

Mục ñích xử lý photpho là ñưa nồng ñộ photpho trong nước sau xử lý phải ñạt tiêu chuẩn thải, tức là nồng ñộ photphat dư không vượt quá một giá trị nào ñó Nồng ñộ dư có thể ño sau khi làm thí nghiệm hoặc tính toán ñể ñịnh hướng cho quá trình thực hiện Cách tính toán nồng ñộ dư có thể thực hiện thông qua các phản ứng tạo muối photphat và tạo hydroxit kim loại

Cặn kết tủa qua quá trình xử lý photphat thường có tính lắng không cao, chậm và kéo theo là cần thiết bị lắng lớn ðể thúc ñẩy tốc ñộ lắng người ta thường sử dụng thêm các chất trợ keo tụ

2.2.2 Thu hồi lân bằng phương pháp sinh học

Trong một hệ xử lý vi sinh, tách loại photpho bằng phương pháp kết tủa

có thể ghép vào các công ñoạn (ñơn vị công nghệ khác nhau) khác nhau: xử lý sơ cấp, thứ cấp hoặc xử lý bậc ba

Kết tủa photphat với muối sắt hoặc nhôm xảy ra thuận lợi ñối với photphat tan, photpho dạng trùng ngưng hay dạng hữu cơ trong quá trình xử lý vi sinh ñược chuyển hóa một phần thành dạng tan, vì vậy hiệu quả tách tốt khi ghép nối với giai ñoạn sau xử lý thứ cấp

Kết tủa tại bể lắng sơ cấp

Một hệ xử lý vi sinh thường có bể lắng sơ cấp nhằm mục ñích loại bỏ các cặn không tan Bổ sung muối sắt, muối nhôm vào trước bể lắng sơ cấp sẽ kết tủa photphat dạng tan, các hydroxit hình thành hấp phụ các hợp chất photpho hữu cơ

và photphat trùng ngưng cùng lắng Cặn lắng chứa photpho và kể cả COD, hợp chất chứa nitơ dạng rắn cũng lắng và tách ra khỏi hệ dưới dạng bùn thải sơ cấp

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 18

ðể tạo ñược quá trình kết tủa, lắng có hiệu quả, quá trình hòa trộn hóa chất (kể cả chất trợ keo tụ) cũng như thông số của bể lắng cần ñược thiết kế thích hợp

Khi bổ sung các hóa chất trên vào hệ, pH của nguồn nước sẽ bị giảm ñáng kể (27 g Al3+ hoặc 56 g Fe3+ tương ñương với 3 mol axit, xấp xỉ với 0,25 lit axit HCl ñặc) Mức ñộ giảm pH càng lớn khi ñộ kiềm của nguồn nước càng thấp Vì vậy khi ñưa hóa chất vào cần phải bổ sung kiềm (vôi) sao cho pH giữ ñược ở trong khoảng 6

- 7 Liều lượng hóa chất sử dụng nằm trong vùng 1 - 3 mol kim loại/1 mol photpho

Liều lượng muối sắt, nhôm sử dụng cần xác ñịnh tại chỗ, phụ thuộc vào nồng ñộ photphat ban ñầu, mức ñộ làm sạch và ñặc trưng khác nhau của nước như ñộ ñục, ñộ kiềm

Bảng 2.5.Hiệu quả tách loại photphat phụ thuộc vào liều dùng trong xử lý sơ cấp

Tỉ lệ mol Al/P Hiệu quả giảm P %

Khoảng ðiển hình

Kết tủa tại giai ñoạn xử lý thứ cấp

Kết tủa photphat với Al3+, Fe3+ có thể thực hiện bằng cách ñưa hóa chất vào trước bể sục khí ñối với phương pháp bùn hoạt tính hoặc khi ra khỏi bể sục khí trước khi vào bể lắng thứ cấp Với kỹ thuật lọc nhỏ giọt cũng có thể ñưa hóa chất vào trước hoặc sau ñiểm lọc Photphat ñược tách ra qua tổ hợp của các quá trình: kết tủa, hấp phụ, trao ñổi ion, tham gia cấu tạo tế bào và cuối cùng tách ra dưới dạng bùn thứ cấp

Về mặt lý thuyết ñộ tan của AlPO4 thấp nhất tại pH = 6,3, của FePO4 tại

pH = 5,3, tuy vậy trong thực tế khoảng pH từ 5,5 - 7,0 ñều cho hiệu quả tách photphat tốt và ñồng thời cũng là khoảng pH thường gặp trong xử lý nước thải sinh hoạt

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 19

Sắt(II) ít ñược sử dụng do chúng chỉ ñạt hiệu quả ở vùng pH cao Với các loại nước thải có ñộ kiềm thấp người ta sử dụng aluminat NaAlO2 hoặc phèn nhôm, muối sắt có bổ sung thêm vôi (PAC ít làm giảm pH hơn so với phèn nhôm) nhằm giữ cho pH không thấp hơn 5,5 ðưa thêm chất trợ keo tụ sẽ thúc ñẩy quá trình lắng

Kết tủa tại giai ñoạn xử lý bậc ba

Sau xử lý thứ cấp, nước thải ñạt tiêu chuẩn cấp hai (BOD) có thể ñược tiếp tục tách photphat bằng phương pháp kết tủa - lắng Khi xử lý photphat tan cũng ñồng thời cải thiện ñộ trong và màu của nước sau xử lý Tỉ lệ hóa chất sử dụng cũng từ 1-3 mol kim loại/mol photpho nếu chỉ cần ñạt tới nồng ñộ thải là 0,5 mgP/l, ñể có ñược mức thải cao hơn lượng sử dụng sẽ cao hơn ñáng kể

Hòa trộn chất kết tủa cần ñược khuấy trộn mạnh lúc ban ñầu, có thể thực hiện theo nhiều phương thức: ñưa vào vị trí có tốc ñộ dòng chảy mạnh nhất, sử dụng bộ hòa trộn ñộng hoặc tĩnh với thời gian từ 10 - 30 giây sau ñó tốc ñộ trộn cần phải giảm ñể ñảm bảo hiệu quả lắng

Tách loại photpho trong công nghệ xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc hoạt ñộng của vi sinh vật bio – P, quá trình tách loại photpho trong một hệ thống

xử lý nước thải có thể thực hiện phối hợp với oxy hóa BOD, với khử hợp chất nitơ theo các phương án kỹ thuật khác nhau

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 20

Bùn từ bể lắng thứ cấp ñược bơm trở lại trộn với dòng thải tại ñầu vào Trong quá trình xử lý yếm khí, photpho ñược tách ra khỏi vi sinh vật từ dòng bùn hồi lưu dưới dạng photpho ñơn Một phần chất hữu cơ cũng ñược xử lý tại ñây bởi các quá trình lên men yếm khí, khử nitrat và do vi sinh bio – P hấp thu Trong quá trình lên men yếm khí, khử nitrat và do vi sinh bio – P Sinh khối lắng trong thứ cấp chứa hàm lượng photpho cao ñược tách loại photpho trong quá trình A/O phụ thuộc vào tỉ lệ BOD:P, nếu tỉ lệ trên lớn hơn 10, hiệu quả tách loại tốt, nếu tỉ

lệ trên thấp có thể bổ sung thêm muối sắt, nhôm ñể giảm nồng ñộ photpho tại ñầu

ra Quá trình A/O là quá trình tách loại photpho trực tiếp, không ghép thêm công ñoạn tách phụ vào hệ xử lý nước thải thông dụng Trong trường hợp nước thải chứa hợp chất nitơ, hệ trên cũng có tác dụng xử lý, tuy nhiên cần phải tính toán

ñủ thời gian lưu cho giai ñoạn hiếu khí ñể oxy hóa amoni

Nước sau xử lý yếm khí

Nước sau

kết tủa

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 21

Trong sơ ñồ công nghệ Phostrip, một phần bùn thải từ bể lắng thứ cấp ñược ñưa vào xử lý yếm khí với thời gian lưu thủy lực từ 8 – 12 giờ Photphat ñơn tách ra từ xử lý yếm khí tan trong nước, phần nước này ñược tách ra ñể kết tủa với hóa chất Sinh khối sau khi tách photpho ñược ñưa về cùng với sinh khối

từ bể lắng thứ cấp hòa trộn với dòng vào ñề xử lý hiếu khí

2.2.2.3 Kỹ thuật mẻ kế tiếp giai ñoạn

Sử dụng kỹ thuật mẻ kế tiếp giai ñoạn cũng có thể tách loại ñồng thời COD, hợp chất nitơ, photpho bằng cách thay ñổi thời gian vận hành ñối với từng chu kỳ Trong giai ñoạn sục khí xảy ra các quá trình oxy hóa BOD, amoni và tích lũy photpho Trong giai ñoạn khuấy trộn xảy ra quá trình khử nitrat và tách photpho ra khỏi sinh khối Tách photpho ra khỏi nước thải có thể thực hiện với hóa chất hay trực tiếp (ngay sau xử lý hiếu khí) ðể khử nitrat và tách photpho ra khỏi sinh khối cần bổ sung thêm BOD hoặc sử dụng chất hữu cơ từ phân hủy nội sinh

2.2.2.4 Quá trình A 2 /O

A2/O là một biến hình công nghệ của sơ ñồ A/O bao gồm các công ñoạn

xử lý yếm khí (Anaerobic), thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic), trong ñó giai ñoạn xử lý thiếu khí dành cho quá trình khử nitrat với thời gian lưu thủy lực khoảng 1 giờ Khoang xử lý thiếu khí ñược bổ sung nitrat, nitrit từ bể hiếu khí (quay vòng), bùn từ bể lắng thứ cấp ñược hồi lưu về bể yếm khí Sơ ñồ A2/O có khả năng xử lý ñồng thời hợp chất nitơ và photpho

Lắng

Hình 2.7: Quá trình A 2 /O xử lý photpho

Bùn thải

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 22

2.2.2.5 Quá trình bardenpho năm giai ñoạn

Quá trình ñược sử dụng ñể xử lý ñồng thời hợp chất nitơ, photpho Giai ñoạn yếm khí ñược ghép thêm vào ñể tách loại photpho Giai ñoạn xử lý thiếu khí thứ hai nhằm tăng cường khử nitrat từ giai ñoạn hiếu khí ñầu với chất hữu cơ

từ phân hủy nội sinh Bể hiếu khí cuối cùng có tác dụng sục ñuổi khí nitơ hình thành từ bể thiếu khí hai, oxy hóa phần amoni, BOD dư và ñể hạn chế quá trình tách loại photpho từ vi sinh trong bể lắng thứ cấp Hỗn hợp bùn – vi sinh ñược quay vòng từ bể hiếu khí ñầu về bể thiếu khí thứ nhất So với A2/O thì thời gian lưu tế bào của bardenpho năm giai ñoạn dài hơn (10-40 ngày)

Quay vòng bùn từ bể lắng về bể thiếu khí sẽ hạn chế ñược sự có mặt của nitrat trong bể yếm khí, thúc ñẩy quá trình tách photpho từ vi sinh trong giai ñoạn yếm khí Hai chu trình nội bộ giúp tăng cường khả năng xử lý chất hữu cơ

Yếm

khí

Thiếu khí

khí

Hiếu khí

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 23

Chất hữu cơ có trong dòng quay vòng từ bể xử lý thiếu khí là loại dễ sinh hủy và hàm lượng nitrat trong ñó thấp vì vậy thích hợp cho quá trình tách photpho từ vi sinh vật Dòng quay vòng nội bộ thứ 2 và bùn từ bể lắng thứ cấp có tác dụng khử nitrat

Lắng

Hình 2.9: Quá trình UCT xử lý photpho

2.2.2.7 Quá trình VIP

VIP là tên viết tắt của Virginia Initiative Plant in Norfork, Virginia) tương

tự như A2/O và UCT, ñiểm khác biệt là chu trình quay vòng bùn và hỗn hợp bùn – nước Bùn từ bể lắng cùng với hỗn hợp bùn nước từ bể hiếu khí ñược ñưa về bể

xử lý thiếu khí, còn hỗn hợp bùn – nước từ bể thiếu khí ñược quay vòng về bể yếm khí Do một phần chất hữu cơ của dòng vào ñược xử lý qua hai giai ñoạn yếm khí và thiếu khí nên tiết kiệm ñược lượng oxy tiêu thụ tại bể hiếu khí

Lắng

Hình 2.10: Quá trình VIP xử lý photpho

Yếm khí

Thiếu khí

Thiếu khí

Hiếu khí

Yếm khí

Thiếu khí

Thiếu khí

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 24

Do P là chất ô nhiễm ñại lượng nên xử lý photpho trong ñất ít ñược quan tâm Tuy nhiên, một số kỹ thuật ñược sử dụng ñể xử lý là: kỹ thuật bùn nhão, kỹ thuật trải ñất, kỹ thuật ñống ủ… Ngoài ra, có thể sử dụng thực vật ñể xử lý photpho trong ñất

2.3 Tổng quan về công nghệ thu hồi P trong nước thải trên thế giới

Nếu những năm trước ñây các hợp chất nitơ là thủ phạm chính gây ô nhiễm nước ngầm ở các khu vực nông nghiệp, thì ngày nay, vấn ñề ô nhiễm nước

do các hợp chất photphot ñang nổi lên ngày càng rõ nét

Hai nguồn chính gây nhiễm photphat cho nước bề mặt là canh tác trồng trọt và nước thải Mức ñộ ô nhiễm từ phân hóa học và phân gia súc phụ thuộc vào loại ñất, ñịa hình và ñiều kiện khí hậu Thường các hợp chất photphat ít bị chiết ra hơn so với các hợp chất nitrat, vì chúng có xu hướng liên kết với các chất kiềm ở lớp ñất bề mặt Nhưng ở các khu vực ñồi núi hoặc các vùng có lũ thì các hợp chất photphat bị cuốn trôi vào sông hồ cùng với lớp ñất này

Nước thải thường chứa cả hai dạng photphat có nguồn gốc sinh học và phi sinh học Nguồn chính của photphat phi sinh học là các chất tẩy rửa chứa photphat (như natri tripolyphotphat) Hà Lan là nước ñã ñưa ra và sử dụng rộng rãi các chất tẩy rửa không chứa photphat, nhờ ñó giảm ñược 50% lượng photphat trong nước thải Tuy nhiên, do tác dụng của các chất tẩy rửa không photphat ñối với môi trường chưa ñược ñánh giá kỹ, nên việc sử dụng chúng vẫn chưa trở thành phổ biến

Hiện nay, khả năng giảm phát thải photphat trực tiếp tại các trang trại sản xuất nông nghiệp hoặc khả năng loại trừ photphat dạng sinh học ra khỏi nước thải là rất hạn chế Vì vậy, phương pháp khả thi duy nhất ñể giảm lượng photphat trong các sông ngòi là loại bỏ photphat tại các nhà máy xử lý nước thải

Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải hiện nay một phần nhỏ ñược ủ làm phân compost hoặc tách nước làm phân bón còn chủ yếu bùn thải ñược chôn lấp

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 25

Trong khi ñó, bùn thải có chứa nhiều chất có khả năng thu hồi như sợi trong công nghiệp giấy – cacton và chế biến gỗ: Zn, Cu, Cr trong bùn từ các trạm lọc nước

xử lý bề mặt kim loại…dặc biệt là P trong bùn thải của quá trình xử lý nước thải giàu P Như vậy việc chôn lấp bùn thải một mặt gây lãng phí nguồn tài nguyên nhất là nguồn tài nguyên không tái tạo ñược như P, mặt khác khối lượng bùn thải lớn gây tốn chi phí xử lý bùn

Quy trình xử lý và thu hồi photphat từ nước thải không những phải loại bỏ một cách hiệu quả phần lớn photphat có trong ñó mà còn có thể thu hồi photphat

và chuyển nó thành dạng sản phẩm thương mại ñể bù ñắp một phần chi phí xử lý nước thải ðây là một khó khăn lớn, vì nồng ñộ photphat trong nước thải thường rất thấp (cỡ ppm) Tuy nhiên, do photphat có khả năng tạo muối không tan với một số cation thông thường, nên người ta có thể tách nó ra khỏi nước ngay cả ở những nồng ñộ rất thấp

Hiện nay ở Hà Lan, Italia và Nhật Bản người ta ñang vận hành một số nhà máy xử lý nước thải có khả năng thu hồi photphat Phần lớn các nhà máy này thu hồi photphat ở dạng canxi photphat hoặc struvit (magiê amoni photphat (MgNH4PO4); cũng có nhà máy áp dụng phương pháp kết tủa sắt photphat

Photphat thu hồi từ các nhà máy xử lý nước thải ñược sử dụng ñể sản xuất nguyên liệu photpho cho sản xuất chất tẩy rửa hoặc các hợp chất photphat công nghiệp khác Photphat thu hồi cũng ñược bán ra dưới dạng các loại phân bón có giá trị (chẳng hạn với thành phần chính là (MgNH4PO4) cho lúa hoặc rau màu

Ở Hà Lan cũng có một nhà máy thu hồi kali amoni photphat từ phân trâu

bò, có khả năng xử lý 700.000 tấn phân/năm Ngoài ra, Hà Lan còn dự kiến xây dựng nhà máy thu hồi photphat từ phân gà với công suất xử lý 300.000 tấn/năm Một trong những ví dụ về cải tiến và phối hợp các ñơn vị công nghệ khác nhau ñược thực hiện ở Mỹ (Virginia) là thu hồi P từ hệ thống nước thải sinh hoạt Sinh khối tải từ quá trình xử lý hiếu khí ñược phân hủy yếm khí, khi ñó photpho

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 26

trong sinh khối và amoniac ñược thải ra vào nước với nồng ñộ cao (73% trong sinh khối) Amoniac và photphat ñược thu hồi dưới dạng chất kết tủa struvit (MgNH4PO4) Sự có mặt của stuvit và canxi photphat làm tăng giá trị sử dụng của phân vi sinh Sinh khối qua xử lý như trên ñược sử dụng làm phân bón, ñóng thành gói 18,2 kg với tên thương phẩm “Nutra Green” với giá thành 1USD hoặc bán ở dạng rời với giá 14 USD cho 18,31m3 [4]

Dự án cấu trúc lại và phục hồi nguồn nước mặt thuộc lưu vực sông Rurh (CHLB ðức) bằng các giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm bởi các chất dinh dưỡng do nước thải sinh hoạt tiêu tốn 2 tỉ Mark Lưu vực trên có diện tích 4488 km2 với dân số khoảng 2,2 triệu người Vùng nước có hiện tượng phú dưỡng do nguồn nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng, hiệu quả xử lý các hệ thống chỉ ñạt khoảng 25% ñối với hợp chất nito và 10% ñối với photpho Sau nhiều năm thực hiện ñến năm 1999 nồng ñộ amoniac giảm xuống còn 2,3 mg/l (năm 1972 là 20mg/l), của photpho là 0,15 mg/l (vào những năm 70 là 0,8 mg/l). [23]

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 27

Bảng 2.6 Một số quy trình tận thu P từ nước thải và bùn thải

Công nghệ Quy trình ðặc ñiểm Dạng P

thu hồi Thu hồi P từ bùn thải

Xử lý hóa lý,

thủy phân

Bùn ly tâm ở 150ºC, thêm

H2SO4 ñến pH=1-2, khi ñó chất hữu cơ và kim loại nặng lắng xuống Lọc lấy dung dịch, thêm muối sắt II thì FePO4 nổi trên bề mặt và lượng sắt dư ñược coi là chất keo tụ

Chất hữu cơ trong bùn có thể sử dụng như nguồn cacbon ñể khử nito

Giảm thể tích bùn và chi phí xử lý bùn Chi phí keo tụ và nhiệt ñộ thủy phân là cần thiết

sơ cấp sử dụng FeCl2, FeS

và H3PO4 Muối canxi ñược thêm vào ñể tạo kết tủa thu hồi dạng Ca3(PO4)2 Axit phản ứng FeS thu hồi H2S

Giảm chất hữu cơ, năng lượng, thể tích bể

và có thể giảm lượng chất ñông tụ Chỉ muối canxi và axit không tái

sử dụng ñược H2S là khí ñộc

Ca3(PO4)2

Thu hồi P từ nước thải

ðiện phân Nhúng ñiện cực sắt vào sâu

trong nước thải và cho dòng ñiện 1 chiều ñi qua, sau ñó

Fe2+ tách ra khỏi ñiện cực và

bị oxi hóa thành Fe3+ và photphat kết tủa

Công nghệ ñơn giản,

dễ thực hiện có thể áp dụng tại từng hộ gia ñình hay ở những quy

mô nhỏ

FePO4

Hấp thụ Nước thải ñược ñưa vào

tháp lọc với Zr và nhôm hoạt ñộng ñể hấp thụ photphat và ñược tách ra

Chất hấp thụ ñược tái sử dụng

Tạo bùn Chất hấp thụ

có khả năng hấp thụ tốt với photphat,

hypophotphat và polyphot phat Dễ bị ảnh hưởng bởi có nhiều chất cùng tồn tại

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 28

3 đỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 đối tượng nghiên cứu

Nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu Ờ Hoài đức Ờ Hà Nội

3.3 Vật liệu nghiên cứu

- Nước thải từ làng nghề chế biến tinh bột sắn làng nghề Dương Liễu Ờ Hoài đức

Ờ Hà Nội

- Nước vôi CaO

3.4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tắnh chất nước thải tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu

- Nghiên cứu dòng di chuyển của photpho bao gồm ựịnh tắnh và ựịnh lượng dòng photpho trong nước thải chế biến tinh bột sắn tại làng nghề Dương Liễu

- đánh giá sơ bộ hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ

- Xác ựịnh hiệu quả thu hồi photpho ựể giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước và tận dụng lân làm phân bón

3.5 Phương pháp nghiên cứu

3.5.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

- Sơ ựồ, bản ựồ vị trắ nghiên cứu

- Các chủ trương, chắnh sách có liên quan ựến làng nghề

- Các tài liệu có liên quan ựến kinh tế - xã hội, tài nguyên môi trường của ựịa phương