Yếu tố hóa học cần thiết như: ion phosphate kết hợp với ammonium molybdate trong điều kiện acid để tạo thành phức chất molybdophosphate, PO43- + 12NH42MoO4 + 24H+ Æ NH43PO4.12MoO3 + 21NH[r]
(1)CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG PHOSPHORUS & PHOSPHATE 9.1 GIỚI THIỆU CHUNG Xác định phosphate đã nhanh chóng trở thành việc làm cần thiết kỹ sư môi trường họ nhận nhiều hợp chất phosphorus ảnh hưởng lên quá trình xử lý chất thải Thông thường có dạng hợp chất phosphorus vô gây ảnh hưởng các dạng phosphate hay các dạng phân tử khử nước polyphosphate hay condensed phosphate Những hợp chất phosphorus hữu thường không quan tâm Nước cấp Polyphosphate sử dụng nước cấp là nhân tố kiểm soát ăn mòn Chúng sử dụng cho các dạng nước mềm để ổn định hàm lượng calcium carbonate nhằm loại bỏ tái tạo muối carbonate Bề mặt nước cấp là nơi phát triển số vi sinh vật nước Những sinh vật tự hay sinh vật gọi là phiêu sinh (plankton) và đây là loài sinh vật các kỹ sư môi trường quan tâm Những phiêu sinh mang tính động vật gọi là phiêu sinh động vật (zooplankton) và phiêu sinh mang tính thực vật gọi là phytoplankton (phiêu sinh thực vật) Sau cùng là tảo mang tính thực vật (trong tế bào sinh vật này có chứa chlorophyll), chúng phát triển mạnh và phụ thuộc vào nguyên tố dinh dưỡng nước Nhiều nghiên cứu đã cho thấy nitrogen và phosphorus là nguyên tố ảnh hưởng lên tăng trưởng tảo và vi khuẩn và lượng nguyên tố này bị giới hạn thì nó là nhân tố giới hạn tốc độ tăng trưởng và phát triển tảo và vi khuẩn Ở nơi có hàm lượng nitrogen và phosphorus cao làm thúc đẩy tượng nở hoa tảo gây tác động xấu đến môi trường Kinh nghiệm cho thấy tượng nở hoa không thể xảy hàm lượng nitrogen phosphorus hai bị giới hạn Mức tới hạn cho phosphorus vô vào khoảng 0,005 mg/L 5μg/L điều kiện tăng trưởng mùa hè Xử lý nước thải Nước thải sinh hoạt giàu các hợp chất phosphorus Chủ yếu là nước tẩy rửa tổng hợp, chứa khoảng từ – mg/L và hợp chất vô khác chiếm khoảng từ 0,5 – mg/l Hầu hết phosphorus vô có là từ chất thải người quá trình phân hủy protein và giải phóng phosphate từ nước tiểu Trung bình người dân Mỹ giải phóng lượng phosphorus là 1,5 g/ngày ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 9-1 (2) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Hầu hết bột giặt tổng hợp siêu cấp sản xuất cho thị trường gia dụng chứa lượng lớn polyphosphate Đa số chúng chứa từ 12 – 13% phosphorus 50% polyphosphate Sử dụng nguyên liệu này là chất thay cho xà phòng đã làm gia tăng lượng phosphorus nước thải sinh hoạt Từ các số liệu polyphosphat bán cho ngành công nghiệp chất tẩy rửa Người ta ước tính rằng, nước thải sinh hoạt chứa lượng phosphorus vô nhiều gấp – lần so với chất tẩy rửa tổng hợp chưa phổ biến rộng rãi Vi sinh vật các quá trình xử lý nước thải sinh học cần lượng phosphorus để tái tạo và tổng hợp mô tế bào Nước thải đô thị chứa lượng phosphorus vượt quá xa so với mức cần thiết để xử lý lượng giới hạn chất hữu Sự việc này lý giải dựa trên lượng phosphorus có nước đầu sau xử lý các công trình xử lý nước thải sinh học Tuy nhiên, nhiều loại nước thải công nghiệp không chứa đủ lượng phosphorus cần cho phát triển tối ưu vi sinh vật quá trình xử lý nước thải Trong trường hợp này, lượng thiếu hụt cung cấp cách thêm phosphate vô vào Tính chất bùn Một vấn đề chính xử lý nước thải là tính chất bùn sau các quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí Những bùn này chứa lượng lớn nitrogen và phosphorus đáp ứng cho mục đích dinh dưỡng Tổng hàm lượng phosphorus chứa bùn trung bình khoảng 1% và 1,5% bùn hoạt tính khô Ở Mỹ nơi có hàm lượng phosphate phong phú và rẻ, hầu hết bùn bán dựa trên hàm lượng nitrogen mà nó chứa và có ít loại dựa trên hàm lượng phosphorus Nồi Phức hợp phosphate sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp lượng nước để chống đóng cặn các nồi Nếu sử dụng phosphate dạng phức, chúng nhanh chóng thủy phân thành orthophosphate nhiệt độ cao Giám sát lượng phosphate thông qua việc xác định hàm lượng orthophosphate 9.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA HỢP CHẤT PHOSPHORUS Có nhiều loại hợp chất phosphorus có mặt kỹ thuật môi trường Bảng 9.1 trình bày số hợp chất quan trọng ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 9-2 (3) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Bảng 9.1 Một số hợp chất phosphorus quan trọng Tên Orthophosphates Trisodium phosphate Disodium phosphate Monosodium phosphate Diammonium phosphate Polyphosphates Sodium hexametaphosphate Sodium tripolyphosphate Tetrasodium pyrophosphate Công thức Na3PO4 Na2HPO4 NaH2PO4 (NH4)2HPO4 Na3(PO4)6 Na5P3O10 Na4P2O7 Tất polyphosphate (những phân tử thủy phân thành phosphate) thủy phân hoàn toàn dung dịch nước và trở lại thành dạng ortho mà chúng bắt nguồn Na4P2O7 + H2O Æ Na2HPO4 (9 - 1) Tốc độ trở lại nguyên mẫu là chức nhiệt độ và nó gia tăng nhanh nhiệt độ tiến đến gần điểm sôi Tốc độ này gia tăng giảm pH và ưu điểm là nó giữ đúng nguyên trạng mẫu chuẩn bị để xác định hàm lượng phosphate phức Sự thủy phân phosphate phức chịu ảnh hưởng enzyme vi sinh vật Tốc độ trở lại nguyên mẫu chậm nước lọc và nhanh nước thải Kinh nghiệm cho thấy số loại nước pyrophosphate thủy phân nhanh tripolyphosphate, số loại nước khác thì tốc độ thủy phân là Có chất đòi hỏi nhiều chí nhiều ngày để chuyển hóa hoàn toàn polyphosphate thành orthophosphate, đặc biệt nhiệt độ thấp pH cao Từ lý trên, để xác định phosphorus hay phosphate phải bao gồm việc xác định polyphosphate muốn việc đo tổng các dạng vô chính xác 9.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOSPHORUS - PHOSPHATE Các kỹ sư thường quan tâm đến diện hàm lượng ortho, poly và phosphorus hữu May mắn là có thể đo orthophosphate với ít trở ngại từ polyphosphate khả ổn định chúng điều kiện pH, thời gian, nhiệt độ sử dụng quá trình đo Cả hai dạng poly và phosphorus hữu phải chuyển thành orthophosphate để đo Orthophosphate ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 9-3 (4) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Lượng phosphorus tồn dạng orthophosphate có thể đo phương pháp: trọng lực, thể tích, so màu Phương pháp trọng lực sử dụng hàm lượng phosphorus diện lớn, điều này không xảy thực tế Phương pháp thể tích sử dụng nồng độ phosphate lớn 50 mg/L, nồng độ này gặp trừ trường hợp nước sôi hay chuyển hóa kỵ khí chất Phương pháp này gồm: kết tủa, lọc, làm kết tủa và chuẩn độ Phương pháp này tốn thời gian Tuy nhiên, phương pháp so màu để đo nước và nước thải có thể thỏa mãn với độ chính xác cao Có ba phương pháp so màu sử dụng để đo orthophosphate Chúng có cùng chất với nguyên tắc trên khác chỗ là nó thêm vào số nguyên tố tự nhiên để tạo màu Yếu tố hóa học cần thiết như: ion phosphate kết hợp với ammonium molybdate điều kiện acid để tạo thành phức chất molybdophosphate, PO43- + 12(NH4)2MoO4 + 24H+ Æ (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O (9 - 2) Khi diện lượng phosphate lớn, trạng thái molydophoste là kết tủa màu vàng có thể lọc và đo phương pháp thể tích Ở nồng độ phosphate thấp hơn, tạo thành hạt keo màu vàng xác định hàm lượng phương pháp so màu Với nồng độ phosphate 30 mg/L (thường nằm khoảng phân tích nước), màu vàng hạt keo không thể nhận biết rõ và điều này có nghĩa là cần phải phát triển màu khác Một cách cải thiện là thêm vanadium để hình thành dạng phức hợp vanadomolybdophosphoric acid có màu vàng rõ, cho phép phân tích phophorus với hàm lượng mg/L khoảng thấp Lượng molybdenum chứa ammonium phosphomolybdate giảm để tạo sản phẩm sol có màu xanh với tỉ lệ tương ứng với lượng phosphate diện Một lượng thừa ammonium molydate không bị giảm và đó không can thiệp vào quá trình Ascorbic acid hay stannous chloride có thể sử dụng nhân tố khử Hợp chất màu tạo thành là xanh molybdeum hay xanh heteropoly Chlorur thiếc sử dụng nhân tố khử có thể mô tả qua phương trình: (NH4)3PO3.12MoO3 + Sn2+ Æ (molybdenum) + Sn4+ (9 - 3) Polyphosphates Polyphosphate có thể chuyển hóa thành orthophosphate cách đun sôi mẫu đã acid hóa tối thiểu 90 phút Sự thủy phân này có thể thúc đẩy nhiệt autoclave 20 psi Lượng acid thừa thêm vào để xúc tác tăng tốc độ thủy phân phải trung hòa trước tiếp tục thêm dung dịch ammonium molybdate vào Lượng orthophosphate xuất phát từ polyphoste đo phương pháp kể trên Lượng polyphosphate tính sau: Tổng hàm lượng phosphate vô – orthophosphate = polyphosphate (9 – 4) ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 9-4 (5) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Phosphorus hữu Các kỹ sư quan tâm đến việc đo lường hàm lượng phosphorus hữu có chất thải công nghiệp và có bùn Để phân tích đòi hỏi chất hữu phải phá hủy cho phosphorus giải phóng dạng ion phosphate Chất hữu có thể bị phá hủy phương pháp oxy hóa ẩm phương pháp chuyển hóa dựa theo “Standard Method” Chất oxi hóa sử dụng khác với chất phương pháp chuyển hóa và có thể là perchloric acid, nitric acid – sulfuric acid hay persulphate Acid perchloric là chất oxi hóa mạnh nhất, nó là chất độc hại Để tránh nguy hiểm từ vụ nổ, loại mủ đặc biệt phải sử dụng quá trình chuyển hóa và phải thêm vào số hóa chất Vì lý này, chuyển hóa nhờ acid perchloric nên thực nhà hóa học có kinh nghiệm và cẩn thận Sử dụng chất oxi hóa là persulphate thực nghiệm chứng minh kết thu là phù hợp Một chuyển hóa đã hoàn tất, việc đo lường phosphorus giải phóng có thể làm phương pháp đo orthophosphate nào Tất dạng phosphorus (tổng) đo từ xác định phosphorus hữu Do vậy, lượng phosphorus hữu tính sau: Tổng phosphorus – phosphorus vô = phosphorus hữu (9 - 5) 9.4 ỨNG DỤNG NHỮNG SỐ LIỆU VỀ PHOSPHORUS Số liệu phophorus trở nên quan trọng kỹ sư môi trường họ đánh giá có mặt chúng nhân tố quan trọng tất yếu chu kỳ sống Trước đây, thông số này sử dụng để giám sát hàm lượng phosphate hệ thống nước để tránh ăn mòn và để tránh cặn rỉ nồi Việc xác định phosphorus trở nên quan trọng việc đánh giá hiệu suất sinh học tiềm nước mặt và số vùng định đã có lượng phophorus ổn định mà có thể xả vào nguồn nước nhận, đặc biệt là hồ và bể chứa Xác định hàm lượng phosphorus là công việc thường xuyên quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải và quá trình nghiên cứu ô nhiễm dòng chảy nhiều nơi Do tầm quan trọng phosphorus là chất dinh dưỡng các phương pháp sinh học xử lý nước thải, việc xác định nó có liên quan đến nhiều chất thải công nghiệp và quá trình hoạt động các công trình xử lý chất thải ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 9-5 (6)