Tìm hiểu về phosphor và kim loại nặng, các đặc trưng và tính chất của chúng

I. Mở đầu
1. Lý do thực hiện đề tài
Trong một vài thập kỷ gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước,
nghành công nghiệp Việt Nam đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng các
nhà máy cũng chủng loại các sản phẩm và chất lượng cũng ngày càng được cải thiện.
Nghành công nghiệp phát triển đã đem lại cho nhân dân những hàng hóa rẻ hơn mà
chất lượng không thua kém so với hàng ngoại nhập là bao nhiêu. Ngoài ra, ngành công
nghiệp cũng đóng một vai trò đáng kể trong nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh những tác
động tích cực do nghành công nghiệp mang lại thì cũng phải kể đến những tác động
tiêu cực. Một trong những mặt tiêu cực đó là các loại chất thải do các nghành công
nghiệp thải ra ngày càng nhiều làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khoẻ của
người dân. Môi trường sống của người dân đang bị đe dọa bởi các chất thải công
nghiệp, trong đó vấn đề bức xúc nhất phải kể đến nguồn nước. Hầu hết các ao, hồ,
sông, suối đi qua các nhà máy công nghiệp ở Việt Nam đều bị ô nhiễm đặc biệt là các
ao hồ trong các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Một trong những
nguyên nhân làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước ở Việt Nam là nước thải công
nghiệp có chứa kim loại nặng như: thủy ngân, chì, kẽm, đồng, crôm, nikel... ảnh hưởng
của các kim loại này gây ra rất lớn (ngay cả khi chúng ở nồng độ rất thấp) do độc tính
cao và khả năng tích luỹ lâu dài trong cơ thể sống. Bên cạnh đó, nông nghiệp và chăn
nuôi cũng góp phần không kém cùng với công nghiệp thải một hàm lượng Phosphor
dưới dạng hợp chất của nó ra môi trường nước đáng kể.
Tác động của kim loại nặng hay phosphor tới môi trường sống là rất lớn, tuy nhiên hiện
nay ở Việt Nam việc xử lý các nguồn nước thải chứa kim loại nặng từ các nhà máy hay
phosphor từ các hoạt động sản xuất, chăn nuôi vẫn chưa có sự quan tâm đúng mức.
Nguyên nhân là bởi các nhà máy ở Việt Nam thường là có quy mô sản xuất vừa và nhỏ
do vậy khả năng đầu tư vào các hệ thống xử lý nước thải là hạn chế. Hầu hết các nhà
máy chưa có hệ thống xử lý hoặc hệ thống xử lý quá sơ sài do vậy nồng độ kim loại
nặng của các nhà máy thải ra môi trường thường là các hệ thống sông, hồ đều vượt quá
tiêu chuẩn cho phép. Theo đánh giá của một số các công trình nghiên cứu hầu hết các
sông, hồ ở hai thành phố lớn là Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, và một số thành phố
có các khu công nghiệp lớn như Bình Dương nồng độ kim loại nặng của các sông ở các

khu vực này đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Có thể kể đến các sông ở
Hà Nội như sông Tô lịch, sông Nhuệ (nơi có nhiều nhà máy công nghiệp), ở thành phố
Hồ Chí Minh là sông Sài Gòn và kênh Nhiêu Lộc, kênh Sài Gòn ... và hầu như tất cả
các con sông này đều có hàm lượng phosphor khá cao.
Trước hiện trạng trên, đòi hỏi phải có những phương pháp thích hợp, hiệu quả để xử
lý kim loại nặng và phosphor nhằm tránh và hạn chế những tác động xấu của nó đến
môi trường và sức khỏe cộng đồng.
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
- Qua đề tài, đánh giá tác hại cũng như ảnh hưởng mà phosphor và kim loại nặng gây
ra, nhằm cảnh báo cũng với các nhà máy và người dân về mức độ gây hại của
chúng.
- Tổng hợp và đề xuất các phương pháp xử lý phosphor và kim loại nặng theo các
tiêu chí: giảm thiểu ô nhiễm, tăng khả năng tái sử dụng, và giảm chi phí xử lý.
- Đề ra các phương án xử lý phosphor và kim loại nặng trong nước thải bằng phương
pháp sinh học là chủ yếu.
3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu các nội dung chính sau:
- Tìm hiểu về phosphor và kim loại nặng, các đặc trưng và tính chất của chúng.
- Tìm hiểu các nguồn phát thải phosphor và kim loại nặng ra môi trường.
- Tìm hiểu về ảnh hưởng cũng như tác hại của chúng đến môi trường sống, và sức
khỏe của con người.
- Đề xuất các phương pháp và biện pháp xử lý phosphor và kim loại nặng, chủ yếu là
phương pháp sinh học.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập thông tin:
+ Lập dàn ý.
+ Chia thành 2 nhóm, nhóm 1 thu thập các tài liệu và các thông tin, hình ảnh về
phosphor và các hợp của phosphor, nhóm 2 thu thập tài liệu về kim loại nặng dựa
trên dàn ý.
+ Tổng hợp thông tin, hoàn chỉnh bài word.

+ Bổ sung hình ảnh minh họa, làm powerpoint.
+ Hoàn chỉnh powerpoint.
- Phương pháp làm việc nhóm:
+ Lập dàn ý.
+ Phân công tìm tài liệu.
+ Phân công viết.
+ Bản thảo 1.
+ Bản thảo 2.
+ Hoàn chỉnh.
II. Tổng quan về phosphor và kim loại nặng
1. Phosphor
1.1. Chu trình phospho trong tự nhiên
Phosphor trong môi trường sinh thái có 2 nguồn: xác bã hữu cơ và vật chất vô cơ.
Phosphor từ thực vật, từ trong các xương động vật,người, chất hữu cơ phân hủy mà thành.
Nguồn vô cơ, có thể từ các trầm tích apatit, muối.
- Một phần P bị giữ chặt bởi: Ca
3
(PO
4
)
2
, AlPO
4
và FePO
4
trong môi trường đất. Một
phần P ở dạng hòa tan: HPO
3
2-
, H

2
PO
3
-
và PO
4
3-
được hấp thu vào rễ thực vật và vi sinh
vật; để rồi chúng lại tao các acid amin chứa P và các enzym phosphatase, các hợp chất
có liên kết cao năng. P tích lũy trong quả hạt rất nhiều là nguyên tố không thể thiếu
được của thực vật.
- Khi động vật ăn thực vật, P lại biến thành chất liệu của xương, của các liên kết, các
enzym.
- Khi chết đi, P trong cơ thể động vật và con người biến thành P của môi trường sinh
đất.
Một phần P đi vào chu trình nước vào đại dương. Ở đây, một phần nhỏ P làm thức ăn cho
nhiều phiêu sinh vật. Cá, tôm ăn phiêu vi sinh vật thì P trả lại chu trình. Sau đó, người ăn
tôm cá thì P lại đi vào người, và cuối cùng khi người chết đi sẽ trả lại P cho môi trường
sinh thái đất. Một phần nhỏ nhờ thực vật rừng ngập mặn tiêu thụ P rồi trả lại cho đất. Một
phần nhỏ khác P trầm tích nằm lại dưới đáy biểnNước thải chứa các hợp chất phospho:
Phosphor trong nước vừa là yếu tố sinh thái vừa là nhân tố mang tính giới hạn.
Ta có thể hình dung, sự phát triển của thực vật phù du (Phytoplankton) trong các hồ biến
động rất lớn, phụ thuộc vào sự biến thiên rất mạnh của hàm lượng phosphor tổng số, đặc
biệt vào tỷ lệ hàm lượng giữa phosphor, nitơ và cacbon. Nếu như hàm lượng phosphor
vượt quá mức giới hạn cho phép có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa gây chết hàng
loạt sinh vật trong hồ.
Hợp chất phosphor tồn tại trong nước thải dưới ba dạng: phosphat đơn (PO
4
3-
),

polyphosphat (P
2
O
7
) và hợp chất hữu cơ chứa phosphor, hai hợp chất sau chiếm thỉ trọng
lớn.
Phosphor trong nước thải chủ yếu có từ nguồn gốc: phân người, nước tiểu, đồ thải thức ăn,
chất tẩy rửa tổng hợp, chất thải từ sản xuất công nghiệp, chất chống ăn mòn trong các
đường ống dẫn nước.
1. Kim loại nặng:
1.1. Kim loại nặng
- Kim loại nặng là kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5 thì gọi là kim loại nặng. Khối lượng riêng
lớn hơn 5.000 kg/m
3
.
Vd: Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v...
- Kim loại nặng thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các cơ
thể sinh vật mà thường tích luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại
với sinh vật.
- Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu
công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản.
1.2. Một số kim loại nặng gây độc đến môi trường và sức khỏe của con người
điển hình
• Chì
Chì tồn tại ở hai dạng ion có hóa trị +2 và +4. Các hợp chất hữu cơ chứa chì độc gấp 100
lần so với hợp chất vô cơ chứa chì.
Hàm lượng chì phụ thuộc vào pH, độ cứng, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc. Dạng tồn tại của
chì trong nước là hóa trị II, với nồng độ trên 0,1 mg/l nó kìm hãm quá trình oxi hóa vi sinh
các hợp chất hữu cơ và đầu độc các sinh vật bậc thấp trong nước, và nếu nồng độ đạt tới
0,5 mg/l thì kìm hãm quá trình oxi hóa ammoniac thành nitrat.

Chì có trong nước thải các xí nghiệp sản xuất pin, acquy, luyện kim, hóa dầu…
Liều gây chết 50% (LC
50
) cá thí nghiệm nuôi 96 giờ của chì là 1-27 mg/l.
Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khoẻ con người. Chì gây độc cho hệ thần kinh
trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro.
Người bị nhiễm độc chì sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương). Tuỳ theo mức độ
nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc
nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, chì ít bị đào thải
mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc.
Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và thức ăn bị nhiễm chì. Chì tích tụ
ở xương, kìm hãm quá trình chuyển hoá canxi bằng cách kìm hãm sự chuyển hoá vitamin
D. Tiêu chuẩn tối đa cho phép theo WHO nồng độ chì trong nước uống: £ 0,05 mg/ml.
• Thủy ngân (Hg)
Tính độc phụ thuộc vào dạng hoá học của nó. Thuỷ ngân nguyên tố tương đối trơ, không
độc. Thuỷ ngân đưa vào môi trường từ các chất thải, bụi khói của các nhà máy luyện kim,
sản xuất đèn huỳnh quang, nhiệt kế, thuốc bảo vệ thực vật, bột giấy…
Thủy ngân vô cơ và hữu cơ đều là các chất độc mạnh đối với sinh vật. Thủy ngân kìm
hãm khả năng tự làm sạch của nước ngay ở nồng độ 18 µg/l. Tảo và một số vi sinh vật
trong nước biển có khả năng tích lũy Hg với hệ số 500 – 100000 lần. Đối tượng Hg gây hại
là thận và hệ thần kinh trung ương, có thể gây chết người trong một số trường hợp đặc biệt.
Liều gây chết 50% ( LC50 ) đối với cá thí nghiệm nuôi trong 96 giờ của Hg là 33 – 400
µg/l. Nếu nuốt phải thuỷ ngân kim loại thì sau đó sẽ được thải ra mà không gây hậu quả
nghiêm trọng. Nhưng thuỷ ngân dễ bay hơi ở nhiệt độ thường nên nếu hít phải sẽ rất độc.
Thuỷ ngân có khả năng phản ứng với axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin;
có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng axit bazơ
của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh. Trẻ em bị ngộ độc
thuỷ ngân sẽ bị phân liệt, co giật không chủ động. Trong nước, metyl thủy ngân là dạng
độc nhất, nó làm phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào. Nồng độ
tối đa cho phép của WHO trong nước uống là 1mg/l; nước nuôi thuỷ sản là 0,5mg/l.

• Asen (As)
Là kim loại có thể tồn tại ở dạng tổng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong tự nhiên tồn tại
trong các khoáng chất. Nồng độ thấp thì kích thích sinh trưởng, nồng độ cao gây độc cho
động thực vật.
As có nguồn gốc từ đất và quặng tự nhiên hoặc có trong loài nhuyễn thể than mềm, vỏ
cứng ( trai, sò, ốc, hến ), cá và thủy thực vật có khả năng tích tụ As trong cơ thể.
Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm asen là núi lửa, bụi đại dương. Nguồn nhân tạo gây ô nhiễm
asen là quá trình nung chảy đồng, chì, kẽm, luyện thép, đốt rừng, sử dụng thuốc trừ sâu…
Asen là chất cực độc, có khả năng tích lũy và có thể gây ung thư. Với nồng độ lớn hơn
0,76 mg/l, As có tác động kìm hãm khả năng tự làm sạch của nước, từ 6 – 10 mg/l Natri
asenit đủ giết chết các loài thực vật bậc cao.
Asen có thể gây ra 19 căn bệnh khác nhau. Các ảnh hưởng chính đối với sức khoẻ con
người: làm keo tụ protein do tạo phức với asen III và phá huỷ quá trình photpho hoá; gây
ung thư tiểu mô da, phổi, phế quản, xoang…
Tiêu chuẩn cho phép theo WHO nồng độ asen trong nước uống là 50mg/l.
• Crom ( Cr)
Crom có độc tính cao đối với người và động vật.
Tồn tại trong nước với 2 dạng Cr (III), Cr (VI). Cr (III) không độc nhưng Cr (VI) độc đối
với động thực vật. Với người Cr (VI) gây loét dạ dày, ruột non, viêm gan, viêm thận, ung
thư phổi.
Crom xâm nhập vào nguồn nước từ các nguồn nước thải của các nhà máy mạ điện,
nhuộm, thuộc da, chất nổ, mực in, in tráng ảnh…
Tiêu chuẩn WHO quy định hàm lượng crom trong nước uống là £ 0,005 mg/l.
• Cadimi ( Cd )
Là kim loại được sử dụng trong công nghiệp luyện kim, chế tạo đồ nhựa; hợp chất cađimi
được sử dụng để sản xuất pin.
Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm cađimi do bụi núi lửa, bụi vũ trụ, cháy rừng… Nguồn nhân
tạo là từ công nghiệp luyện kim, mạ, sơn, chất dẻo…
Cađimi xâm nhập vào cơ thể người qua con đường hô hấp, thực phẩm. Theo nhiều nghiên
cứu thì người hút thuốc lá có nguy cơ bị nhiễm cađimi.

Cađimi xâm nhập vào cơ thể được tích tụ ở thận và xương; gây nhiễu hoạt động của một
số enzim, gây tăng huyết áp, ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, làm rối loạn chức năng
thận, phá huỷ tuỷ xương, gây ảnh hưởng đến nội tiết, máu, tim mạch.
Cd được sử dụng trong công nghiệp mạ sơn và làm chất ổn định trong công nghiệp chất
dẻo. Cá và các loại thủy sinh vật rất nhạy cảm với Cd. Cd xâm nhập vào cơ thể qua ăn
uống, hô hấp, đặc biệt là qua khói thuốc lá. Cd tích lũy ở thận và xương. Ngưỡng gây tác
hại của Cd là 200 µg/l.
Tiêu chuẩn theo WHO cho nước uống £ 0,003 mg/l.
• Mangan (Mn)
Là nguyên tố vi lượng, nhu cầu mỗi ngày khoảng 30 - 50 mg/kg trọng lượng cơ thể. Nếu
hàm lượng lớn gây độc cho cơ thể; gây độc với nguyên sinh chất của tế bào, đặc biệt là tác
động lên hệ thần kinh trung ương, gây tổn thương thận, bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc
nặng gây tử vong.
Mangan đi vào môi trường nước do quá trình rửa trôi, xói mòn, do các chất thải công
nghiệp luyện kim, acqui, phân hoá học.
Tiêu chuẩn qui định của WHO trong nước uống là £ 0,1 mg/l.
1.3. Nguồn gốc phát sinh ( Nguồn gây ô nhiễm kim loại):
Nguồn tự nhiên:
Kim loại nặng được phát hiện ở mọi nơi trong đất đá và xâm nhập vào thủy vực qua quá
trình tự nhiên, phong hóa xói mòn.
Rửa trôi từ nơi khai khoáng và những vùng đổ bỏ chất thải rắn.
Từ ô nhiễm không khí : mưa axit có chứa những kim loại nặng cũng như chất rắn lơ lửng
hấp phụ kim loại nặng xâm nhập vào các thủy vực.
Nguồn nhân tạo:
Nguồn công nghiệp: các quá trình công nghiệp, đặc biệt là các quá trình lien quan tới khai
khoáng và chế biến quặng kim loại ( sơn, thuốc nhuộm, thuộc da, dệt, giấy…)
Nguồn nước thải sinh hoạt: nước thải sinh hoạt chứa lượng bổ sung kim loại nặng như bột
giặt, mỹ phẩm…
Nguồn nông nghiệp : việc sử dụng các loại phân khoáng, các loại hóa chất bảo vệ thực vật
trong nông nghiệp đã đưa vào môi trường đất nhiều nguyên tố kim loại nặng như : As, Hg,

Cu, Pb…
Ngoài ra, có một số hợp chất kim loại nặng bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một
số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua
của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các kim loại nặng có thể phát tán rộng
vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất.
1.4. Ảnh hưởng và tác động đến môi trường nước:
Hiện tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các
khu công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại
nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường hợp,
xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường nước
nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu. Ô
nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi trường sống của sinh vật và con
người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người. Nước mặt bị
ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi
trường liên quan khác.

Quá trình xâm nhập của kim loại nặng vào cơ thể người.
III. Phương pháp xử lý Phosphor trong nước thải bằng phương pháp sinh học
1. Xử lý phosphor trong nước thải bằng phương pháp sử dụng vi sinh vật
1.1. Cơ chế khử phosphor trong nước thải bằng vi sinh vật
Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy lượng
phosphor nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Trong điều kiện yếm
khí chúng loại thải ra phần tích lũy dư thừa. Quá trình loại bỏ phosphor dựa trên hiện
tượng trên gọi là loại bỏ phosphor tăng cường. Phosphor được tách ra khỏi nước trực tiếp
thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều phosphor) hoặc tách ra dưới dạng muối không
tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ) .
Từ quá trình chuyển hóa phosphor, có hai cơ chế loại bỏ phosphor trong nước thải:
 Trong quá trình hiếu khí, phosphor tích lũy trong bùn được xử lý. Xả bùn có chứa
phosphor dư được tích lũy sinh học. Hiệu quả khử phosphor phụ thuộc vào hàm

lượng phosphor đã tích lũy trong bùn dư.
 Trong điều kiện kị khí, phosphor được tách ra khỏi bùn và tan và trong nước thải.
Nước thải có hàm lượng phosphor cao được xử lý bằng phương pháp hóa lý (kết tủa
bằng phèn nhôm, sắt hoặc vôi…) tại bể lắng tiếp xúc (bể lắng kết hợp với keo tụ).
1.2. Các quá trình
1.2.1. Quá trình phostrip
Phostrip là quá trình tách loại phosphor có thể ghép thêm công đoạn phụ để kết tủa
phosphor tan sau khi xử lý yếm khí.
Nước sau kết tủa
Lắng
Hiếu khí
Chuỗi thức ăn
môi
trường
KLN + hóa
chất từ các
nhà máy
Thải ra
Tích tụ trong cơ
thể sinh vật
Cơ thể con
người
Yếm khí
Kết tủa hóa học
Bùn thải
Nước sau xử lý yếm khí
Hóa chất
Một phần bùn thải từ bể lắng thứ cấp được đưa vào xử lý yếm khí với thời gian lưu thủy
lực từ 8-12h. Phosphate đơn được tách ra từ xử lý yếm khí tan trong nước, phần nước này
được tách ra để kết tủa với hóa chất. Sinh khối sau khi tách phosphor được đưa về cùng với

sinh khối từ bể lắng thứ cấp hòa trộn với dòng vào bể xử lý hiếu khí.
1.2.2. Quá trình A/O
Bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm trở lại trộn với dòng thải tại đầu vào. Trong quá trình xử
lý yếm khí, phosphate được tách ra khỏi vi sinh vật từ dòng bùn hồi lưu dưới dạng
phosphate đơn. Một phần chất hữu cơ được xử lý tại đây bởi các quá trình lên men yếm khí
và do sinh vật Bio – P hấp thu. Trong quá trình xử lý hiếu khí, phosphate đơn được vi sinh
vật sử dụng để tổng hợp tế bào và được tích lũy bởi loại vi sinh vật Bio – P. sinh khối lắng
trong bể thứ cấp chứa hàm lượng phosphor cao được tách loại phosphor 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 để giảm nồng độ phosphor tại đầu ra. Quá
trình A/O là quá trình tách loại phosphor trực tiếp, không ghép thêm công đoạn tách phụ
vào hệ xử lý nước thải thông dụng.
1.2.3. Quá trình A
2
/O