Loại bỏ photpho trong nguồn nước thải giúp giảm nguy cơ phú dưỡng tại các vùng tiếp nhận xả thải. Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý photpho trong nước thải một cách hiệu quả đảm bảo trở về trạng thái an toàn trước khi xả thải ra môi trường. Mời quý khách hàng cùng GMC Vina tìm hiểu chi tiết dưới đây nhé!
Vì sao cần xử lý hàm lượng photpho trong nước thải?
Tại các cơ sở y tế, bệnh viện với công suất sử dụng và xử lý nước thải quy mô nhỏ thời gian trước đây không quy định về công việc này. Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại đây là vấn đề đáng lo ngại nhất bởi việc giải phóng P từ các hệ thống xả thải đều không được xử lý sẽ dẫn đến việc tác động đến môi trường nhiều hơn so với trước đây.
Quá trình hình thành photpho
Photpho chủ yếu tồn tại ở dạng photphat, có nguồn gốc từ các chất thải con người, động vật, chất tẩy rửa và dư lượng thực phẩm. Các nhà máy chế biến thực phẩm và đồ uống là những vị trí hình thành lên nhiều photpat nhất từ đó kéo theo dư lượng P trong nước thải từ đó cũng cao.
Photpho là một chất dinh dưỡng tự nhiên của đất, đá và yêu cầu bởi nhiều loại sinh vật sống. Photpho cùng nitơ là các chất dinh dưỡng thiết yếu dễ dàng được thực vật hấp thu và phát triển. Tuy nhiên, khi có một lượng lớn chất dinh dưỡng này sẽ thúc đẩy nhanh chóng quá trình sinh trưởng và phát triển thực vật. Và đó cũng là lý do vì sao chúng được sử dụng rộng rãi trong phân bón.
Tác động của photpho đối với môi trường, con người
Khi hàm lượng photpho trong môi trường cao sẽ thúc đẩy sự phát triển nhanh của tảo dẫn đến hiện tượng phú dưỡng bởi thảm tảo quá dày sẽ chặn ánh sáng của mặt trời. Nồng độ oxy hòa tan sẽ thiếu hụt nghiêm trọng từ đó dẫn đến các loài sinh vật chết hàng loạt.
Tảo và xác động vật thủy sinh bị phân hủy, photpho hữu cơ liên kết với các chất hữu cơ trong xác động vật chuyển đổi thành orthophotphate. Tái chế thành photphat và phục vụ tiếp cho quá trình hình thành tảo một lần nữa, chu trình này tự cân bằng – đó là điều vô cùng đáng lo ngại.
Không những vậy, hoạt động của con người trong các lĩnh vực cũng sẽ đóng góp một phần không nhỏ thúc đẩy quá trình phú dưỡng của hệ sinh thái thủy sinh – nguồn gốc hình thành nước thải chứa photpho và chiếm đến 70% tổng lượng nước thải.
Điều này cảnh báo cần thắt chặt hơn các tiêu chuẩn xả thải photpho ra ngoài môi trường và tăng sự quan tâm hơn đối với việc xử lý photpho trong nước thải, đặc biệt là các nguồn nước thải sinh hoạt, y tế, nông nghiệp.
Gợi ý một số giải pháp xử lý photpho trong nước thải hiệu quả
Loại bỏ photphat ra khỏi nguồn nước thải thường sẽ áp dụng các phương pháp lý hóa, xử lý sinh học hoặc cũng có thể kết hợp cả hai. Các hệ thống xử lý nước thải thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống nhằm giảm nhu cầu oxy sinh hóa BOD một cách hiệu quả đối với nitơ. Nhưng hiệu quả xử lý photpho trong nước thải chỉ ở mức chấp nhận được.
Nhằm bảo vệ môi trường, các nhà máy xử lý nước thải sẽ có nhiệm vụ làm giảm mức độ ô nhiễm trong đó có cả photpho, để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi xả thải ra tự nhiên.
Phương pháp loại bỏ photpho hóa lý
Các quá trình hóa lý loại bỏ photpho được sử dụng trong nhiều năm và vẫn duy trì ở thời điểm hiện tại, cụ thể:
Thúc đẩy kết tủa photpho
Dùng muối kim loại để phản ứng với photpho tại các bể phản ứng. Các loại muối thường dùng như: muối kim loại hóa trị III, clorua sắt. Những chất này khi gặp photpho sẽ kết tủa thành chất rắn và lắng xuống đáy. Loại bỏ bằng cách lắng trọng lực hoặc lọc.
Phương pháp này có nhược điểm là hợp chất kết tủa khó tách và thu hồi photpho để tái sử dụng. So với hệ thống xử lý sinh học, phương pháp hóa lý sẽ không mang lại lợi ích kinh tế. Mặc dù phương pháp này có tính chủ động và dễ dàng kiểm soát hơn.
Tuy nhiên, với tốc độ loại bỏ photpho tỷ lệ thuận với khối lượng hóa chất thêm vào. Dẫn đến các chất rắn bổ sung được tạo ra càng lớn, việc tách phốt khỏi chất rắn càng mất nhiều chi phí. Đồng thời chi phí hóa chất bổ sung ngày càng tăng.
Phương tiện hấp thụ loại bỏ photpho
Không giống với các bộ lọc truyền thống, các bộ lọc thân thiện với môi trường dựa vào các đặc tính hấp thụ photpho của từng loại vật liệu được loại bỏ. Dựa trên các tiêu chuẩn mục tiêu của từng loại nước thải. Sử dụng các loại sản phẩm tự nhiên như apatit, bauxite hoặc đá vôi hoặc các chất thải công nghiệp như tro, đất nung, xỉ thép hoặc các sản phẩm nhân tạo khác.
Ngoài ra một số sản phẩm nghiên cứu như polonite cũng được đánh giá khá cao. Điều này loại bỏ 91% tỷ lệ photphat. Với khả năng hấp thụ 120g/kg theo báo cáo của Reman&Renman năm 2020.
Có thể thấy rằng thì khả năng hấp thụ loại bỏ photpho phụ thuộc vào hàm lượng hóa chất sử dụng. Sự phát triển của các loại vật liệu hấp thụ đã được nâng cao khả năng sử dụng phương pháp này.
Công nghệ trao đổi ion
Một công nghệ được sử dụng trong quá trình khử muối và ion hóa nước. Thực tế thì phương pháp này không được áp dụng rộng rãi giống như phương pháp hóa lý nhưng cũng là một lựa chọn phù hợp cho những trường hợp xử lý nhất định.
Dạng photpho trong nước thải là anion, các hạt cố định của kim loại là cation. Tạo thành cơ sở trao đổi polymer, trên đó các hạt nano chọn lọc photpho. Hiệu suất của phương pháp sẽ bị chi phối bởi các hóa trị và trọng lượng của ion.
Qua nhiều lần cải thiện hiệu quả khử photpho cao bằng công nghệ trao đổi ion đồng thời dùng oxit sắt hoặc nhôm hydroxit làm tăng tính chọn lọc cho các ion photphat từ đó giúp tỉ lệ loại bỏ P lên đến 90%.
Công nghệ trao đổi ion sẽ có ưu điểm là phục hồi photpho thông qua quá trình xử lý sau môi trường hấp thụ. Tuy nhiên các loại hóa chất phục hồi tương đối đắt và cũng có một số chất nhạy cảm với môi trường từ đó dẫn đến việc phục hồi khó khăn.
Loại bỏ photpho bằng phương pháp sinh học
Hiệu quả của việc loại bỏ photpho trong quá trình xử lý nước thải có thể sẽ khác nhau và phụ thuộc vào các thiết bị có sẵn và phương pháp áp dụng. Với những cơ sở xử lý nước thải dùng nhiều kỹ thuật loại bỏ photpho chuyên dụng mới có thể đạt được chỉ số mong muốn.
Xử lý photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học có thể xả nước thải vào bên trong các ao lắng có sục khí. Phân hủy các chất hữu cơ bằng vi khuẩn hiếu khí. Thượng nguồn của quá trình này sẽ dùng bể kỵ khí. Nhưng với 2 giai đoạn trên đều không giảm lượng photpho một cách thỏa đáng.
Để có thể đạt mức loại bỏ photpho như mong muốn, mọi người có thể tham khảo sử dụng bùn hoạt tính để tạo ra một quần thể sinh vật có khả năng lưu trữ photpho nội bào dưới dạng polyphosphate. Nếu các vi sinh này tồn tại với số lượng đủ. Photpho sẽ được loại bỏ cùng với bùn thải.
Loại bỏ photpho sinh học tăng cường EPBR được coi là sự thay đổi thỏa đáng. Đồng thời cũng khá bền vững về mặt môi trường so với phương pháp lý hóa. Nhưng hiệu suất cũng có sự dao động và phụ thuộc khá nhiều đến khả năng vận hành và kiểm soát quy trình.
Xác định PAO trong hệ thống bùn hoạt tính EBPR
PAO (phosphorus accumulating organisms) là các sinh vật tích lũy photpho trong nước thải. Phương pháp loại bỏ photpho sinh học thông qua các sinh vật PAO vượt ra ngoài yêu cầu của các quy trình trao đổi bình thường.
Tích lũy photpho là lượng polyphosphate được giữ lại để làm năng lượng duy trì và cung cấp lợi thế cạnh tranh so với các dị dưỡng thông thường. Và đây cũng là lý do giúp PAO có xu hướng vượt trội hơn các sinh vật khác.
Một số vi sinh PAO nhất định có thể vừa tích lũy photpho vừa khử nitrat trong điều kiện kỵ khí xen kẽ. PAO có thể khử nitro, sử dụng nitrat làm chất nhận cuối cùng duy nhất thay vì oxy quá trình oxy hóa PHA trong điều lệ anoxic.
Chuyển hóa PAO
Sự tăng trưởng của PAO có thể được thúc đẩy thông qua tối ưu hóa các điều kiện vận hành như thông qua các giai đoạn hiếu khí và kỵ khí. Trong điều kiện yếm khí, PAO hấp thụ VFA bằng cách vận chuyển thứ cấp và lưu trữ dưới dạng PHA. Năng lượng cho quá trình này lấy từ ATP qua quá trình thủy phân polyphosphate trong thoái biến glycogen.
Sự phân hủy của polyphosphate làm giải phóng orthophosphate thành chất lỏng khối. Quá trình tổng hợp PHA trong điều kiện yếm khí đòi hỏi phản giảm nồng độ NADH tương đương và cung cấp theo đúng chu trình TCA.
Ngược lại, trong điều kiện hiếu khí, PHA tĩnh lũy bị oxy hóa bởi chất nhận điện từ sẵn và giải phóng năng lượng sử dụng cho hấp thụ photpho và tổng hợp glycogen. Sự tích lũy ròng photpho đạt được do một lượng photpho hấp phụ trong điều kiện hiếu khí lớn hơn so với giải phóng dưới dạng orthophosphate trong yếm khí.
Cùng với sự phát triển của công nghệ trong cùng sự xuất hiện một số hệ thống EBPR mới. Việc loại bỏ photpho bằng phương pháp sinh học đang ngày càng trở nên bền vững hơn. Những công nghệ mới này có tiềm năng loại bỏ photpho tỷ lệ cao. Thậm chí đạt mức độ loại bỏ photpho hiệu quả duy trì ở thời gian và quy mô khác nhau.
Bài viết phía trên GMC Vina tổng hợp một số phương pháp xử lý photpho trong nước thải được đánh giá cao. Nếu bạn có bất cứ thắc mắc nào cần được giải đáp hoặc có nhu cầu tư vấn, thiết kế xử lý nước thải có thể liên hệ với chúng tôi qua số hotline 0866.373.222 để được hỗ trợ bạn nhé!
