Xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng phương pháp hóa học: Tổng quan và nghiên cứu mô hình

Phương pháp cơ học

Đối với một số gia súc, thực vật, vi sinh vật Nikel được xem là nguyờn tố vi lượng cũn đối với cơ thể người thỡ điều đú chưa rừ ràng. Đối với cơ thể người, đồng là nguyên tố vi lượng cần thiết tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, bạch cầu và là thành phần của nhiều enzym trong cơ thể.

Phương pháp hóa lý

Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng quá trình kết tủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng sulfide hay carbonat. Khi chất lượng đầu ra đòi hỏi cao, có thể áp dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng trong quá trình kết tủa.

TOÅNG QUAN

Đây là nguyên tố có độc tính với 50 (mg) là liều trung bình gây chết người (phospho trắng nói chung được coi là dạng độc hại của phospho trong khi phosphat và orthophosphat lại là các chất dinh dưỡng thiết yếu). Loại phospho trắng cần được bảo quản dưới dạng ngâm nước do nó có độ hoạt động hóa học rất cao với ôxy trong khí quyển và gây ra nguy hiểm cháy và thao tác với nó cần đươc thực hiện bằng kẹp chuyên dụng và việc tiếp xúc trực tiếp với da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêm trọng.

NGUỒN GỐC PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG

Lượng chất thải vì vậy thường được tính theo đầu người (khối lượng khô) hoặc là nồng độ sau khi đã được pha loãng với mức nước sử dụng trên đầu người (ở các nước công nghiệp khoảng 190l/người/ngày) hoặc ở trong các cống rãnh thải (450l/người/ngày). Vì phosphat thhường gây ô nhiễm nguồn nước nên người ta đã thử thay theá pentanatri tripolyphosphat baèng NTA (natritriaxetic) N(CH3COONa)3 nhưng đã đình chỉ sử dụng do bị nghi là chất sinh quái thai.

CÁC HỢP CHẤT CỦA PHOSPHO TRONG MÔI TRƯỜNG 1. Các hợp chất của Phospho trong môi trường nước

Hydroxylapatit là thành phần quan trong cấu tạo của răng và xương, còn những dẫn xuất hữu cơ phức tạp của phospho nằm trong thành phần não và thần kinh. Thường thì proton tách ra khỏi phân tử ở nấc thứ nhất dễ dàng hơn nấc sau, có thể là do số proton tách ra càng tăng thì phân tử càng âm điện nên giữ proton càng chặt. Khi có mặt của muối nhôm amôni molydat (NH4)2MoO4 trong dung dịch HNO3 ion PO43- tạo nên kết tủa amoni phosphomolydat [(NH4)3(PMo12O40)], có màu vàng không tan trong axitnitric nhưng tan trong kiềm và dung dịch amôniac.

Phú dưỡng hóa (eutrophication) là một khái niệm dùng để chỉ một nguồn nước, trong đó có quá trình phát triển ồ ạt của thủy thực vật mà trước tiên là các loài vi tảo. Khi nồng độ N và P cao, rong tảo phát triển mạnh tạo ra khối lượng lớn đến mức các loài động vật phù du không thể tiêu thụ hết, dẫn đến làm đục nước. Việc phân hủy tảo sẽ tạo ra mùi và tạo ra những chất cặn lắng, gây giảm oxy hòa tan trong nước, từ đó gây cản trở việc phát triển hầu hết các loài cá.

Với mật độ rong tảo cao, chất lượng nước sẽ bị suy giảm, gây ảnh hưởng đến công tác cấp nước sinh hoạt (lắng lọc nước rất khó khăn) gây ảnh hưởng mỹ quan và tạo trở ngại cho du lịch, thể thao dưới nước.

CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI BỎ PHOSPHO TRONG NƯỚC THẢI Hầu như các hợp chất của phospho không tồn tại ở dạng bay hơi trong

• Kết tủa phosphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp tích số tan càng nhỏ thì hiệu quả kết tủa càng cao và tách chúng ra dưới dạng chất rắn. Phospho được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều phospho) hoặc được tách ra dưới dạng muối không tan khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (gheựp heọ thoỏng phuù). Hydroxy apatit C10(PO4)6(OH)2 không bao giờ xuất hiện ngay trong quá trình hình thành mầm tinh thể cho dù nó là thành viên ổn định nhất về mặt nhiệt động và kém hòa tan nhất trong số các kết tủa phosphat canxi.

Từ phương trình phản ứng trên cho thấy để tạo ra hợp chất struvie cần tới ba thành phần chính là phosphat, amoni, magie và cùng với kiềm (OH-), tức là phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm (pH cao). Trong quá trình xử lý hiếu khí, một số loại sinh vật có khả năng hấp thu phosphat cao hơn mức bình thường trong tế bào vi sinh vật (2 – 7%), lượng phospho dư được vi sinh vật dự trữ để sử dụng sau. Thực vậy, các vi khuẩn nuôi cấy trong điều kiện kị khí sẽ giảm nồng độ Canxi ngoại tế bào, do trong khi đó chúng giải phóng phospho, kali và magiê (trong đó kali và magiê là những ion ổn định của polyphotphat nội tế bào).Vì vậy, có thể là việc giải phóng các ion phosphat làm giảm nồng độ canxi do chúng phản ứng với nhau và từ đó có giả thuyết về sự kết tủa.

Hợp chất phospho dạng vô cơ có tính linh hoạt cao dạng hữu cơ nên dễ xảy ra quá trình trao đổi giữa nước và bùn đáy, tốc độ quá trình trao đổi phụ thuộc vào nồng độ phospho của lớp bùn, tức là phụ thuộc vào khả năng hấp phụ, giải hấp của pha bùn đáy và nước.

MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Moâ hình

 Bước 4: Sau khi tiến hành phản ứng trong một thời gian khảo sát mẫu được lấy phân tích, so màu và đánh giá. Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm dựa trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo kết tủa đối với 2 trường hợp dùng MgCl2.6H2O và với trường hợp dùng CaCO3 trong phản ứng kết tủa. Các yếu tố tham gia vào phản ứng như: pH, NH4Cl, MgCl2.6H2O, CaCO3, thời gian, nhiệt độ đều ảnh hưởng tới khả năng kết tủa phospho.

Và khi phospho xâm nhập vào môi trường nó sẽ gây rất nhiều nguy hiểm cho thực vật, động vật, con người tùy thuộc vào nồng độ ảnh hưởng. • Thí nghiệm khả năng tạo kết tủa trên mẫu nước thải với các tác nhân có độ hòa tan khác nhau (MgCl2.6H2O và CaCO3) ở các pH và thời gian khác nhau. Trong quá trình tiến hành thí nghiệm do thực hiện trong quy mô phòng thí nghiệm thì ta chỉ lấy V mẫu = 100 ml chứ không phải 1l như thực tế.

Để từ đó xem xét với giá trị pH nào là tốt nhất để cho phản ứng xảy ra hoàn toàn và hiệu suất xử lí phospho trong nước thải xi mạ là cao nhất.

THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

• Trường hợp sử dụng MgCl 2 .6H 2 O

Từ bảng kết quả trên ta nhận thấy nồng độ phospho còn trong nước thải sau khi xử lý còn cao nằm trong khoảng 529 ÷ 860 mg/l, đặc trưng là 750mg/l nước thải. Nguyên nhân là do pH sử dụng trong thí nghiệm còn thấp (pH = 7,0) dẫn đến phosphate ít bị kết tủa do không đủ lượng ion OH – trong nước thải để phản ứng [21] xảy ra một cách tối ưu. Do hiệu suất xử lý thấp đồng thời không hiệu quả về mặt kinh tế nên ở phần này không tính toán giá thành xử lý nước thải xi mạ trong trường hợp này.

Và điều đó được thể hiện trên bảng kết quả trên, và nồng độ phospho còn lại trong nước thải sau khi xử lý thấp nhất là 250mg/l nước thải (tương đương với hiệu suất là 79%). Do hiệu suất xử lý thấp đồng thời không hiệu quả về mặt kinh tế nên ở phần này không tính toán giá thành xử lý nước thải xi mạ trong trường hợp này. Do hiệu suất xử lý thấp đồng thời không hiệu quả về mặt kinh tế nên ở phần này không tính toán giá thành xử lý nước thải xi mạ trong trường hợp này.

Và một vấn đề làm cho nhiều chủ cơ sở quan tâm là : hiệu suất xử lý cao, ổn định nhưng do tốn rất nhiều hóa chất vì vậy giá thành xử lý của phương pháp này là rất cao. Qua đó ta rút ra nhận xét ở pH = 10 thì hiệu quả xử lý phospho trong nước thải xi mạ bằng vôi không cao do ở điều kiện pH = 10 sản phẩm của phản ứng không phải là hydroxyapatit mà là apatit + calcite apatit có tích số tan nhỏ nhất lên chúng không tan trong môi trường nước, còn calcite tan trong nước 1 phần do đó phospho sau khi tạo thành calcite thì chúng lại tan trở lại vào môi trường nước. Từ bảng tính toán và đồ thị 10 ta thấy nồng độ phospho sau xử lý đã giảm đi 80 – 90% so với nồng độ ban đầu hay nói cách khác hiệu suất xử lý phospho ở thí nghiệm này khá cao so với kết quả thí nghiệm 6.