Nếu những năm trước ựây các hợp chất nitơ là thủ phạm chắnh gây ô nhiễm nước ngầm ở các khu vực nông nghiệp, thì ngày nay, vấn ựề ô nhiễm nước do các hợp chất photphot ựang nổi lên ngày càng rõ nét.
Hai nguồn chắnh gây nhiễm photphat cho nước bề mặt là canh tác trồng trọt và nước thải. Mức ựộ ô nhiễm từ phân hóa học và phân gia súc phụ thuộc vào loại ựất, ựịa hình và ựiều kiện khắ hậu. Thường các hợp chất photphat ắt bị chiết ra hơn so với các hợp chất nitrat, vì chúng có xu hướng liên kết với các chất kiềm ở lớp ựất bề mặt. Nhưng ở các khu vực ựồi núi hoặc các vùng có lũ thì các hợp chất photphat bị cuốn trôi vào sông hồ cùng với lớp ựất này.
Nước thải thường chứa cả hai dạng photphat có nguồn gốc sinh học và phi sinh học. Nguồn chắnh của photphat phi sinh học là các chất tẩy rửa chứa photphat (như natri tripolyphotphat). Hà Lan là nước ựã ựưa ra và sử dụng rộng rãi các chất tẩy rửa không chứa photphat, nhờ ựó giảm ựược 50% lượng photphat trong nước thải. Tuy nhiên, do tác dụng của các chất tẩy rửa không photphat ựối với môi trường chưa ựược ựánh 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 ựể 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 ựược ủ làm phân compost hoặc tách nước làm phân bón còn chủ yếu bùn thải ựược chôn lấp.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 25 Trong khi ựó, bùn thải có chứa nhiều chất có khả năng thu hồi như sợi trong công nghiệp giấy Ờ cacton và chế biến gỗ: Zn, Cu, Cr trong bùn từ các trạm lọc nước xử lý bề mặt kim loạiẦdặc 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 phắ nguồn tài nguyên nhất là nguồn tài nguyên không tái tạo ựược như P, mặt khác khối lượng bùn thải lớn gây tốn chi phắ 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 ựó mà còn có thể thu hồi photphat và chuyển nó thành dạng sản phẩm thương mại ựể bù ựắp một phần chi phắ xử lý nước thải. đây là một khó khăn lớn, vì nồng ựộ 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 ựộ rất thấp.
Hiện nay ở Hà Lan, Italia và Nhật Bản người ta ựang 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 ựược sử dụng ựể sản xuất nguyên liệu photpho cho sản xuất chất tẩy rửa hoặc các hợp chất photphat công nghiệp khác. Photphat thu hồi cũng ựược bán ra dưới dạng các loại phân bón có giá trị (chẳng hạn với thành phần chắnh 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 vắ dụ về cải tiến và phối hợp các ựơn vị công nghệ khác nhau ựược 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 khắ ựược phân hủy yếm khắ, khi ựó photpho
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 26 trong sinh khối và amoniac ựược thải ra vào nước với nồng ựộ cao (73% trong sinh khối). Amoniac và photphat ựược 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 ựược sử dụng làm phân bón, ựóng thành gói 18,2 kg với tên thương phẩm ỘNutra GreenỢ 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 đức) 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 tắch 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 ựạt khoảng 25% ựối với hợp chất nito và 10% ựối với photpho. Sau nhiều năm thực hiện ựến năm 1999 nồng ựộ 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 Ờ 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 đặc ựiểm Dạng P thu hồi Thu hồi P từ bùn thải
Xử lý hóa lý, thủy phân
Bùn ly tâm ở 150ỨC, thêm H2SO4 ựến pH=1-2, khi ựó 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 ựược coi là chất keo tụ
Chất hữu cơ trong bùn có thể sử dụng như nguồn cacbon ựể khử nito. Giảm thể tắch bùn và chi phắ xử lý bùn. Chi phắ keo tụ và nhiệt ựộ thủy phân là cần thiết
FePO4
Phương pháp hóa học
NaHS ựược thêm vào trước khi ựông tụ bùn tại bề lắng sơ cấp sử dụng FeCl2, FeS và H3PO4. Muối canxi ựược thêm vào ựể tạo kết tủa thu hồi dạng Ca3(PO4)2. Axit phản ứng FeS thu hồi H2S
Giảm chất hữu cơ, năng lượng, thể tắch bể và có thể giảm lượng chất ựông tụ. Chỉ muối canxi và axit không tái sử dụng ựược. H2S là khắ ựộc
Ca3(PO4)2
Thu hồi P từ nước thải
điện phân Nhúng ựiện cực sắt vào sâu trong nước thải và cho dòng ựiện 1 chiều ựi qua, sau ựó Fe2+ tách ra khỏi ựiện cực và bị oxi hóa thành Fe3+ và photphat kết tủa
Công nghệ ựơn giản, dễ thực hiện có thể áp dụng tại từng hộ gia ựình hay ở những quy mô nhỏ
FePO4
Hấp thụ Nước thải ựược ựưa vào tháp lọc với Zr và nhôm hoạt ựộng ựể hấp thụ photphat và ựược tách ra. Chất hấp thụ ựược 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 H3PO4 và Ca3(PO4)2 [21]
Nhìn chung, nhiều quốc gia trên thế giới ựang tăng cường việc thu hồi và tái chế các hợp chất photphot từ các nguồn nước thải cũng như phế thải nông nghiệp.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 28