Trong một hệ xử lý vi sinh, tách loại photpho bằng phương pháp kết tủa có thể ghép vào các công ựoạn (ựơn 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 ựối với photphat tan, photpho dạng trùng ngưng hay dạng hữu cơ trong quá trình xử lý vi sinh ựược chuyển hóa một phần thành dạng tan, vì vậy hiệu quả tách tốt khi ghép nối với giai ựoạn 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 ựắch 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 Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 18 để tạo ựược 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 ựược thiết kế thắch hợp.
Khi bổ sung các hóa chất trên vào hệ, pH của nguồn nước sẽ bị giảm ựáng kể (27 g Al3+ hoặc 56 g Fe3+ tương ựương với 3 mol axit, xấp xỉ với 0,25 lit axit HCl ựặc). Mức ựộ giảm pH càng lớn khi ựộ kiềm của nguồn nước càng thấp. Vì vậy khi ựưa hóa chất vào cần phải bổ sung kiềm (vôi) sao cho pH giữ ựược 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 ựịnh tại chỗ, phụ thuộc vào nồng ựộ photphat ban ựầu, mức ựộ làm sạch và ựặc trưng khác nhau của nước như ựộ ựục, ựộ 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 điển hình
75 1,25:1 - 1,5:1 1,4:1
85 1,6:1 - 1,9:1 1,7:1
95 2,1:1 Ờ 2,6:1 2,3:1
Kết tủa tại giai ựoạn xử lý thứ cấp.
Kết tủa photphat với Al3+, Fe3+ có thể thực hiện bằng cách ựưa hóa chất vào trước bể sục khắ ựối với phương pháp bùn hoạt tắnh hoặc khi ra khỏi bể sục khắ trước khi vào bể lắng thứ cấp. Với kỹ thuật lọc nhỏ giọt cũng có thể ựưa hóa chất vào trước hoặc sau ựiểm lọc. Photphat ựược tách ra qua tổ hợp của các quá trình: kết tủa, hấp phụ, trao ựổi ion, tham gia cấu tạo tế bào và cuối cùng tách ra dưới dạng bùn thứ cấp.
Về mặt lý thuyết ựộ 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 ựều cho hiệu quả tách photphat tốt và ựồng thời cũng là khoảng pH thường gặp trong xử lý nước thải sinh hoạt.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 19 Sắt(II) ắt ựược sử dụng do chúng chỉ ựạt hiệu quả ở vùng pH cao. Với các loại nước thải có ựộ kiềm thấp người ta sử dụng aluminat NaAlO2 hoặc phèn nhôm, muối sắt có bổ sung thêm vôi (PAC ắt làm giảm pH hơn so với phèn nhôm) nhằm giữ cho pH không thấp hơn 5,5. đưa thêm chất trợ keo tụ sẽ thúc ựẩy quá trình lắng.
Kết tủa tại giai ựoạn xử lý bậc ba.
Sau xử lý thứ cấp, nước thải ựạt tiêu chuẩn cấp hai (BOD) có thể ựược tiếp tục tách photphat bằng phương pháp kết tủa - lắng. Khi xử lý photphat tan cũng ựồng thời cải thiện ựộ 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 ựạt tới nồng ựộ thải là 0,5 mgP/l, ựể có ựược mức thải cao hơn lượng sử dụng sẽ cao hơn ựáng kể.
Hòa trộn chất kết tủa cần ựược khuấy trộn mạnh lúc ban ựầu, có thể thực hiện theo nhiều phương thức: ựưa vào vị trắ có tốc ựộ dòng chảy mạnh nhất, sử dụng bộ hòa trộn ựộng hoặc tĩnh với thời gian từ 10 - 30 giây sau ựó tốc ựộ trộn cần phải giảm ựể ựảm bảo hiệu quả lắng.
Tách loại photpho trong công nghệ xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc hoạt ựộng của vi sinh vật bio Ờ 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.
2.2.2.1. Quá trình A/O
Quá trình A/O là sơ ựồ phối hợp xử lý yếm khắ (anaerobic) và hiếu khắ (oxic) ựược bố trắ thể hiện trên sơ ựồ 1.
Lắng
Hình 2.5: Quá trình A/O xử lý photpho
Yếm khắ Hiếu khắ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 20 Bùn từ bể lắng thứ cấp ựược bơm trở lại trộn với dòng thải tại ựầu vào. Trong quá trình xử lý yếm khắ, photpho ựược tách ra khỏi vi sinh vật từ dòng bùn hồi lưu dưới dạng photpho ựơn. Một phần chất hữu cơ cũng ựược xử lý tại ựây bởi các quá trình lên men yếm khắ, khử nitrat và do vi sinh bio Ờ P hấp thu. Trong quá trình lên men yếm khắ, khử nitrat và do vi sinh bio Ờ P. Sinh khối lắng trong thứ cấp chứa hàm lượng photpho cao ựược 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 ựể giảm nồng ựộ photpho tại ựầu ra. Quá trình A/O là quá trình tách loại photpho trực tiếp, không ghép thêm công ựoạn 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 tắnh toán ựủ thời gian lưu cho giai ựoạn hiếu khắ ựể oxy hóa amoni.
2.2.2.2. Quá trình phostrip
Phostrip là quá trình tách loại photpho có ghép thêm công ựoạn phụ ựể kết tủa photphat tan sau khi xử lý yếm khắ.
Hình 2.6: Quá trình phostrip xử lý photpho
Lắng
Bùn thải Hiếu khắ
Bùn thải Yếm khắ
Nước sau xử lý yếm khắ
Kết tủa hóa học Hóa chất
Nước sau kết tủa
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 21 Trong sơ ựồ công nghệ Phostrip, một phần bùn thải từ bể lắng thứ cấp ựược ựưa vào xử lý yếm khắ với thời gian lưu thủy lực từ 8 Ờ 12 giờ. Photphat ựơn tách ra từ xử lý yếm khắ tan trong nước, phần nước này ựược tách ra ựể kết tủa với hóa chất. Sinh khối sau khi tách photpho ựược ựưa về cùng với sinh khối từ bể lắng thứ cấp hòa trộn với dòng vào ựề xử lý hiếu khắ.
2.2.2.3. Kỹ thuật mẻ kế tiếp giai ựoạn
Sử dụng kỹ thuật mẻ kế tiếp giai ựoạn cũng có thể tách loại ựồng thời COD, hợp chất nitơ, photpho bằng cách thay ựổi thời gian vận hành ựối với từng chu kỳ. Trong giai ựoạn sục khắ xảy ra các quá trình oxy hóa BOD, amoni và tắch lũy photpho. Trong giai ựoạn 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 khắ). để 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 A2/O
A2/O là một biến hình công nghệ của sơ ựồ A/O bao gồm các công ựoạn xử lý yếm khắ (Anaerobic), thiếu khắ (Anoxic) và hiếu khắ (Oxic), trong ựó giai ựoạn xử lý thiếu khắ dành cho quá trình khử nitrat với thời gian lưu thủy lực khoảng 1 giờ. Khoang xử lý thiếu khắ ựược bổ sung nitrat, nitrit từ bể hiếu khắ (quay vòng), bùn từ bể lắng thứ cấp ựược hồi lưu về bể yếm khắ. Sơ ựồ A2/O có khả năng xử lý ựồng thời hợp chất nitơ và photpho.
Lắng
Hình 2.7: Quá trình A2/O xử lý photpho
Yếm khắ Thiếu khắ Hiếu khắ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 22
2.2.2.5. Quá trình bardenpho năm giai ựoạn
Quá trình ựược sử dụng ựể xử lý ựồng thời hợp chất nitơ, photpho. Giai ựoạn yếm khắ ựược ghép thêm vào ựể tách loại photpho. Giai ựoạn xử lý thiếu khắ thứ hai nhằm tăng cường khử nitrat từ giai ựoạn hiếu khắ ựầu với chất hữu cơ từ phân hủy nội sinh. Bể hiếu khắ cuối cùng có tác dụng sục ựuổi khắ nitơ hình thành từ bể thiếu khắ hai, oxy hóa phần amoni, BOD dư và ựể hạn chế quá trình tách loại photpho từ vi sinh trong bể lắng thứ cấp. Hỗn hợp bùn Ờ vi sinh ựược quay vòng từ bể hiếu khắ ựầu về bể thiếu khắ thứ nhất. So với A2/O thì thời gian lưu tế bào của bardenpho năm giai ựoạn dài hơn (10-40 ngày).
Lắng
Hình 2.8: Quá trình bardenpho năm giai ựoạn xử lý photpho
2.2.2.6. Quá trình UCT
UCT là tên viết tắt của University of Cape Town, nơi thiết lập sơ ựồ công nghệ xử lý có khả năng ựồng thời loại bỏ BOD, hợp chất nitơ và photpho. Sơ ựồ UCT tương tự sơ ựồ công nghệ A2/O, tuy vậy có hai ựiểm khác biệt: vi sinh ựược quay vòng về bể xử lý thiếu khắ và có 2 vòng quay hỗn hợp nước Ờ bùn nội bộ từ thiếu khắ về hiếu khắ và từ thiếu khắ về yếm khắ.
Quay vòng bùn từ bể lắng về bể thiếu khắ sẽ hạn chế ựược sự có mặt của nitrat trong bể yếm khắ, thúc ựẩy quá trình tách photpho từ vi sinh trong giai ựoạn yếm khắ. Hai chu trình nội bộ giúp tăng cường khả năng xử lý chất hữu cơ.
Yếm khắ Thiếu khắ Hiếu khắ Thiếu khắ Hiếu khắ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 23 Chất hữu cơ có trong dòng quay vòng từ bể xử lý thiếu khắ là loại dễ sinh hủy và hàm lượng nitrat trong ựó thấp vì vậy thắch 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, ựiểm khác biệt là chu trình quay vòng bùn và hỗn hợp bùn Ờ nước. Bùn từ bể lắng cùng với hỗn hợp bùn nước từ bể hiếu khắ ựược ựưa về bể xử lý thiếu khắ, còn hỗn hợp bùn Ờ nước từ bể thiếu khắ ựược quay vòng về bể yếm khắ. Do một phần chất hữu cơ của dòng vào ựược xử lý qua hai giai ựoạn yếm khắ và thiếu khắ nên tiết kiệm ựược lượng oxy tiêu thụ tại bể hiếu khắ.
Lắng
Hình 2.10: Quá trình VIP xử lý photpho
Yếm khắ Thiếu khắ Thiếu khắ Hiếu khắ Yếm khắ Thiếu khắ Thiếu khắ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 24 Do P là chất ô nhiễm ựại lượng nên xử lý photpho trong ựất ắt ựược quan tâm. Tuy nhiên, một số kỹ thuật ựược sử dụng ựể xử lý là: kỹ thuật bùn nhão, kỹ thuật trải ựất, kỹ thuật ựống ủẦ. Ngoài ra, có thể sử dụng thực vật ựể xử lý photpho trong ựất.