Ảnh hưởng của photpho đối với môi trường và con người

Trong môi trường nước tự nhiên, nồng độ photpho cao sẽ thúc đẩy sự phát triển của tảo. Điều này dẫn tới sự tích tụ về dinh dưỡng, làm cho tảo phát triển dày đặc và chiếm bề mặt nước, ngăn chặn ánh sáng mặt trời. Đồng thời, nồng độ oxy hòa tan trong nước cũng giảm đi đáng kể, có thể dẫn tới tử vong hàng loạt của các sinh vật thủy sinh.

Ngoài ra, khi tảo và động vật thủy sinh bị phân hủy hàng loạt, phốt pho hữu cơ sẽ liên kết với các chất hữu cơ khác trong xác động vật, chuyển thành orthophosphate rồi chuyển hóa thành phốt phát. Điều này tiếp tục cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của tảo mới, tạo ra một chu trình tự cân bằng đáng lo ngại.

Đồng thời, hoạt động của con người trong các lĩnh vực cũng đóng góp không nhỏ tạo ra photpho liên tục, thúc đẩy quá trình phú dưỡng của hệ sinh thái thủy sinh. Đây là nguồn gốc chính hình thành nước thải chứa photpho, chiếm tới 70% tổng lượng nước thải.

Thực tế này đòi hỏi chúng ta phải thắt chặt các tiêu chuẩn xả photpho ra môi trường. Đồng thời, tăng áp lực và quan tâm hơn đến việc xử lý nước thải chứa photpho, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải y tế và nông nghiệp. Việc loại bỏ photpho (P) ra khỏi nguồn nước thải là một bước quan trọng nhằm giảm thiểu nguy cơ phát triển tảo phú dưỡng và ô nhiễm môi trường trong vùng tiếp nhận nước thải được xả ra. Điều này là một phần bắt buộc trong quy trình xử lý nhiều loại nước thải khác nhau hiện nay.

Nguyên nhân hình thành photpho trong nước thải

Trong nước thải, photpho (phốt pho) tồn tại ở dạng phốt phát. Chất này có nguồn gốc các chất thải trực tiếp từ hoạt động sinh hoạt của con người, động vật, chất tẩy rửa hoặc dư lượng thực phẩm thối rữa.

Các nhà máy chế biến thực phẩm, đồ uống, bệnh viện, trung tâm y tế và các cơ sở này sẽ sinh ra nước thải chứa nhiều photpho nhất, làm tăng nồng độ photpho trong nước thải.

Hơn nữa, photpho là một chất dinh dưỡng tự nhiên có trong đất và đá, cung cấp sự sống cho các sinh vật. Cùng với nitơ, photpho là những chất dinh dưỡng cần thiết để thực vật hấp thụ và phát triển.

Tuy nhiên, nếu nồng độ photpho và nitơ trong nước thải vượt quá mức tiêu chuẩn, sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật nhanh chóng và không kiểm soát được.

Điều này có thể gây ra hiện tượng tảo phú dưỡng và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Chính vì lý do này, photpho được sử dụng rộng rãi trong sản xuất phân bón cây trồng hiện nay để đảm bảo sự cân bằng và hiệu quả của quá trình trồng trọt và nuôi trồng cây trồng.

Phương pháp xử lý nước thải chứa photpho

Việc xử lý nước thải chứa photpho là yêu cầu rất quan trọng để bảo vệ môi trường và duy trì cân bằng sinh thái trong hệ thống thủy sinh. Hiện nay, các nhà máy xử lý nước đã ứng dụng nhiều phương pháp khác nhau để giảm thiểu nồng độ photpho trong nước thải.

Áp dụng công nghệ hóa học xử lý nước thải chứa photpho

Phương pháp hóa học để loại bỏ P trong nước thải thực chất là việc bổ sung hóa chất vào nước thải. Mặc dù phương pháp này khá đơn giản và dễ thực hiện, nhưng lại có thể làm phát sinh thêm lượng bùn.

Quá trình vận hành và bảo trì cũng đòi hỏi một khoản chi phí phụ. Trong quá trình này, các phản ứng hóa học diễn ra để tách P ra khỏi nước thải và chuyển đổi sang dạng rắn, từ đó giảm chỉ số P trong nước thải về mức an toàn cho môi trường.

Tiêu chuẩn yêu cầu nồng độ P trong nước thải phải < 0,1 mgP/lít thì mới có thể thêm hóa chất vào thiết bị lọc. Nồng độ thấp hơn có thể sử dụng các loại hóa chất tối ưu hơn để loại bỏ hoàn toàn. Có một số loại hóa chất thường được sử dụng phổ biến trong phương pháp này như sau:

Vôi bột: Dùng để xử lý phốt pho qua quá trình phản ứng hóa học, tạo thành các hợp chất như Ca5(PO4)3(OH), Mg(OH)2, và CaCO3.

· 5Ca2+ + 3PO43- + OH– ↔ Ca5(PO4)3(OH)

· Mg2+ + 2OH– ↔ Mg(OH)2

· Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3

Phèn nhôm: Dùng để xử lý photpho, tạo thành các hợp chất như AlPO4 và Al(OH)3.

· Al3+ + PO43+ ↔ AlPO4

· Al3+ + 3OH– ↔ Al(OH)3

Phèn sắt: Cũng được sử dụng để xử lý photpho, tạo thành các hợp chất như FePO4 và Fe(OH)3.

· Fe3+ + PO43- ↔ FePO4

· Fe3+ + 3OH– ↔ Fe(OH)3

Nhờ vào các phản ứng hóa học này, phospho trong nước thải sẽ được khử và chuyển đổi thành dạng rắn, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trường thủy sinh.

Tuy nhiên, việc chọn loại hóa chất và điều chỉnh các thông số kỹ thuật phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí trong quá trình xử lý nước thải chứa photpho.

Xử lý nước thải chứa photpho bằng phương pháp sinh học

Khi sử dụng biện pháp sinh học để xử lý nước thải chứa photpho, có ba công nghệ chủ yếu như sau:

Công nghệ xử lý A/O (Anaerobic/Oxic): Công nghệ này kết hợp hai giai đoạn xử lý, giai đoạn thiếu oxy (Anaerobic) và giai đoạn có oxy (Oxic). Trong giai đoạn thiếu oxy, các vi sinh vật thiếu khí phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Sau đó, giai đoạn có oxy sẽ giúp loại bỏ toàn bộ photpho trong nước thải.

Công nghệ xử lý Phostrip: Công nghệ này sử dụng một hệ thống kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Phần thượng nguồn của hệ thống kỵ khí này được bố trí bể kỵ khí. Sau đó, sử dụng bùn hoạt tính để tạo ra một quần thể vi sinh vật tối ưu nhất để loại bỏ toàn bộ photpho trong nước thải.

Công nghệ xử lý SBR: Công nghệ này là quá trình xử lý nước thải trong một bể duy nhất, thường được thực hiện theo các giai đoạn tuần tự. Trong quá trình SBR, sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ photpho trong nước thải.

Nhờ vào việc sử dụng các phương pháp sinh học này, nước thải sau khi xử lý có thể xả thải trực tiếp vào các ao lắng có bố trí cực khí. Các vi sinh vật hiếu khí được sử dụng để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Sử dụng bùn hoạt tính giúp tạo ra một quần thể vi sinh vật tối ưu nhất để loại bỏ toàn bộ photpho trong nước thải.

Xử lý nước thải chứa photpho bằng lọc sinh học

Sử dụng các loại thực vật thủy sinh có khả năng hấp thụ photpho trong nước thải là một lựa chọn khác để xử lý. Những thảm thực vật này hoạt động như bộ lọc sinh học phân hủy, loại bỏ toàn bộ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng và chất rắn trong nước thải.

Tuy nhiên, để tạo ra hệ thống lọc sinh học để xử lý nước thải chứa photpho như vậy, cần nguồn năng lượng và nhân công vận hành chuyên nghiệp. Đôi khi, hệ thống lọc sinh học có thể được tích hợp vào môi trường tự nhiên hoặc tận dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có.