Các dạng chất ô nhiễm phốt pho trong nước thải và phương pháp loại bỏ phù hợp

Sau khi tìm kiếm một lúc lâu, tôi thực sự không biết phải viết gì. Nhìn lại các bài viết trước đây của tôi, tôi nhận ra rằng tôi chưa đề cập đến phốt pho, vì vậy đó là chủ đề của ngày hôm nay. Phốt pho là chất gây ô nhiễm phổ biến trong nước thải, chủ yếu được chia thành hai loại: “Phốt pho hữu cơ và phốt pho vô cơ”. Những người làm trong ngành bảo vệ môi trường khá quen thuộc với chỉ số này. Phốt pho có vẻ đơn giản nhưng vẫn có thể phức tạp trong một số nước thải.

Phốt pho tồn tại trong nước thải dưới dạng phốt pho hữu cơ và vô cơ. Phốt pho vô cơ được chia thành orthophosphate và metaphosphate. Việc loại bỏ phốt pho cuối cùng đòi hỏi phải chuyển đổi thành orthophosphate.

Orthophosphate (phốt pho vô cơ): chẳng hạn như PO₄³⁻, HPO₄²⁻. Dạng phổ biến nhất, nó có độ hòa tan tốt và có thể được các sinh vật sử dụng trực tiếp. Nó có thể được loại bỏ trực tiếp thông qua các phương pháp hóa lý.

Metaphosphate (phốt pho vô cơ): như pyrophosphate, tripolyphosphate (từ chất tẩy rửa), thủy phân dần thành orthophosphate trong nước.

Phốt pho hữu cơ: như thuốc trừ sâu và phosphocreatine. Hầu hết được tìm thấy trong các chất ô nhiễm hữu cơ và trước tiên phải được thủy phân thành orthophosphate trước khi chúng có thể được loại bỏ một cách hiệu quả.

Con đường loại bỏ phốt pho thường liên quan đến việc chuyển đổi đầu tiên nó thành orthophosphate, sau đó xem xét các phương pháp loại bỏ sinh học hoặc hóa học. Việc loại bỏ phốt pho sinh học có hiệu quả hạn chế, thường chỉ giới hạn ở phốt pho trong nước thải sinh hoạt, khi nồng độ quá cao cần phải bổ sung loại bỏ phốt pho hóa học. Loại bỏ phốt pho bằng hóa học là phương pháp tốt nhất, nhưng nó không thích hợp để sử dụng trong quá trình bùn hoạt tính, vì các chất loại bỏ phốt pho có thể ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của vi sinh vật.

Cốt lõi của quá trình chuyển đổi phốt pho hữu cơ thành phốt pho vô cơ (orthophosphate) là quá trình khoáng hóa, về cơ bản là phá vỡ các nhóm chức hữu cơ, trong đó phốt pho bị oxy hóa thành PO₄³⁻. Quá trình này không có một phương trình cố định duy nhất; tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, nó chủ yếu rơi vào ba con đường điển hình sau:

① Phân hủy sinh học (phổ biến nhất): Được xúc tác bởi phosphatase (chẳng hạn như phosphatase kiềm), liên kết C-O-P hoặc C-P của phốt pho hữu cơ bị phá vỡ. Lấy monoester photphat làm ví dụ:

R-O-PO₃²⁻ + H₂O → R-OH + HPO₄2⁻ (hoặc PO₄³⁻)

Đặc điểm: Nhiệt độ và áp suất bình thường, xanh và tiết kiệm. Nước thải đô thị chủ yếu dựa vào phương pháp này, nhưng tốc độ phản ứng phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật và nhiệt độ.

② Phương pháp oxy hóa hóa học (xử lý sâu công nghiệp): Thêm chất oxy hóa mạnh (như thuốc thử Fenton·OH) để oxy hóa hoàn toàn organophosphate. Lấy thuốc trừ sâu lân hữu cơ (như malathion) làm ví dụ:

(C₁₀H₁₉O₆PS₂) + 21·OH → 10CO₂ + 14H₂O + SO₄²⁻ + H₂PO₄⁻

Đặc điểm: Phản ứng nhanh và khoáng hóa triệt để. Thích hợp cho nước thải công nghiệp có khả năng phân hủy sinh học kém nhưng chi phí vận hành tương đối cao.

③-Đốt ở nhiệt độ cao (Bùn/Chất thải rắn): Gia nhiệt trong điều kiện giàu oxy- sẽ trực tiếp chuyển hóa phốt pho hữu cơ thành dư lượng photphat vô cơ ổn định, thường được cố định trong tro dưới dạng metaphotphat hoặc pyrophotphat. Thích hợp cho chất thải nguy hại có chứa-phốt pho nồng độ cao{4}}.

Trong xử lý nước thải thực tế, phần lớn quá trình chuyển đổi "phốt pho hữu cơ thành phốt pho vô cơ" phụ thuộc vào quá trình thủy phân-được xúc tác bởi enzyme sinh học. Phản ứng luôn liên quan đến H₂O và sản phẩm cuối cùng hầu như luôn là orthophosphate (PO₄³⁻ hoặc HPO₄²⁻), đây là điều kiện tiên quyết để loại bỏ phốt pho hóa học tiếp theo (bổ sung muối nhôm/sắt) để kết tủa và loại bỏ phốt pho.

Nguyên tắc: Tận dụng các đặc tính của sinh vật tích lũy polyphosphate (PAO) giải phóng phốt pho trong vùng kỵ khí và hấp thụ quá mức phốt pho trong vùng hiếu khí, phốt pho cuối cùng được loại bỏ bằng cách thải ra bùn giàu phốt pho.

Các quy trình chính: A2/O (kỵ khí-anoxic-hiếu khí) và các biến thể của nó (chẳng hạn như mương oxy hóa, SBR). Quá trình này có thể loại bỏ đồng thời nitơ và phốt pho, đạt tổng tỷ lệ loại bỏ phốt pho khoảng 60%.

Cốt lõi: Chi phí-hiệu quả và có khả năng xử lý phốt phát hữu cơ (chuyển chúng thành orthophotphat trước khi hấp thụ), nhưng thiếu ổn định khi nồng độ nước thải cực kỳ nghiêm ngặt (ví dụ:<0.5 mg/L).

Nguyên tắc: Thêm muối nhôm (ví dụ nhôm sunfat) hoặc muối sắt (ví dụ clorua sắt) phản ứng với các ion photphat tạo thành kết tủa không hòa tan (ví dụ AlPO₄, FePO₄).

Độ pH tối ưu: Muối nhôm khoảng 6-7, muối sắt khoảng 5-5,5; cần phải kiểm soát cẩn thận.

Chiến lược: Thường được thêm vào như một bước xử lý sâu sau bể xử lý sinh học hoặc được thêm vào cùng với nó vào những thời điểm cụ thể để đảm bảo tuân thủ chất lượng nước ổn định.

Đối với nước thải công nghiệp organophosphate có nồng độ-cao hoặc khó phân hủy, quá trình oxy hóa nâng cao (ví dụ: quy trình Fenton) là cần thiết cho quá trình xử lý sơ bộ ở đầu thượng nguồn; nếu cần thiết, metaphosphate cần được chuyển đổi thành orthophosphate thông qua quá trình oxy hóa nâng cao để loại bỏ thêm.