Nghiên cứu xử lý tổng photpho trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ AAO cải tiến (KL06586)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

======

NGUYỄN THỊ ĐỊNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TỔNG PHOTPHO
TRONG NƢỚC THẢI SINH HOẠT
PHÂN TÁN BẰNG HỆ AAO CẢI TIẾN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành:Hóa Công nghệ - Môi trƣờng

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
ThS. LÊ CAO KHẢI

HÀ NỘI – 2014


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện chƣơng trình Đại học và thực hiện tốt báo cáo khóa luận
tốt nghiệp, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ, hƣớng dẫn nhiệt tình của các quý
Thầy, Cô của trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà Nội 2 và các Thầy, Cô của Viện
Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS. Lê Cao Khải
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt khóa luận tốt
nghiệp.
Nhân đây em xin cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trƣờng và các Thầy,
Cô trong Khoa Hóa Học đã tạo điều kiện tốt nhất để em học tập và hoàn thiện

tốt kiến thức trong những năm học vừa qua .
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, anh chị phụ trách phòng thí
nghiệm công nghệ xử lý ô nhiễm môi trƣờng của Viện Công Nghệ Môi
Trƣờng -Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam đã rất nhiệt tình
giúp đỡ về mọi cơ sở vật chất và chỉ bảo em trong quá trình tiến hành làm thí
nghiệm.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự trao đổi và đóng góp ý kiến
thẳng thắn của các bạn học cùng khoá đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình
hoàn thành bài báo cáo khóa luận tốt nghiệp của mình.
HÀ NỘI, Ngày 20 tháng 05 năm 2014
Sinh viên
Nguyễn Thị Định


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AO (Anoxic – Oxic)

Thiếu khí – hiếu khí

AAO (Anaerobic – Anoxic - Oxic)

Yếm khí – thiếu khí – hiếu khí

BOD5 (Biochemical Oxygen

Nhu cầu oxy hóa sinh học (5

Demand)

ngày)

DO (Dissolved Oxyzen)

Nhu cầu oxy hóa hóa học

HK

Hiếu khí

YK

Yếm khí

TK

Thiếu khí

MBR (Membrane Biological
Reactor)

Màng sinh học

SBR
MLSS (Mixed liquor suspended

Hệ lọc sinh học theo mẻ

solids

Tải lƣợng bùn hoạt tính

QCVN 14:2008/BTNMT

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nƣớc thải sinh ho

TCVN 5494 – 1995

Quy chuẩn Việt Nam

TCXD 51:2007

Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS (Total suspended solids)

Tiêu chuẩn xây dựng

TS

Tổng chất rắn lơ lửng.

TDS

Tổng chất rắn

SS (suspended solid)

Chất rắn hòa tan
Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn thải nƣớc của một số loại cơ sở dịch vụ và công
trình công cộng .................................................................................................. 7
Bảng1.2: Lƣợng chất bẩn của một ngƣời trong một ngày xả vào hệ thống
thoát nƣớc (theo quy định của TCXD 51:2007) ............................................... 8
Bảng1.3: Thành phần nƣớc thải khu dân cƣ ..................................................... 8
Bảng1.4: Hợp chất photpho và khả năng chuyển hóa..................................... 18
Bảng 1.5: Liều lƣợng sử dụng phèn nhôm và hiệu suất xử lý photpho .......... 23
Bảng 3.1: Đặc trƣng của nƣớc thải trong nghiên cứu ..................................... 52
Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm phân tích.......................................................... 60


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các pha của bể SBR ........................................................................ 32
Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ MBR .................................................................... 34
Hình 1.3. Quy trình công nghệ MBR .............................................................. 36
Hình 1.4. Mô hình công nghệ AAO cải tiến ................................................... 38
Hình 1.5. Quá trình phân hủy yếm khí ............................................................ 40
Hình 2.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm ........................................................... 49
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm. ................................................. 50
Hình 3.1. Mối quan hệ giữa nồng độ T-P vào, ra và hiệu suất xử lý T-P
của toàn hệ ....................................................................................................... 53
Hình 3.2. Hiệu suất xử lý T-P của ngăn thiếu khí hiếu khí............................. 54
Hình 3.3. Hiệu suất xử lý T-P của ngăn yếm khí ............................................ 56


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ TỔNG PHOTPHO TRONG

NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN ......................................................... 3
1.1. Tổng quan về nƣớc thải sinh hoạt .............................................................. 3
1.1.1. Khái niệm về nƣớc thải sinh hoạt ........................................................... 3
1.1.2. Nguồn gốc của nƣớc thải sinh hoạt ......................................................... 3
1.1.3. Thành phần và đặc tính của nƣớc thải sinh hoạt ..................................... 4
1.1.4. Tác hại đến môi trƣờng ........................................................................... 5
1.1.5. Các đặc trƣng của nƣớc thái sinh hoạt .................................................... 6
1.2. Tổng quan về photpho................................................................................ 9
1.2.1. Định nghĩa ............................................................................................... 9
1.2.2. Phân loại ................................................................................................ 10
1.2.3. Các hợp chất quan trọng của photpho ................................................... 10
1.2.4. Vai trò của photpho ............................................................................... 12
1.2.5. Thực trạng ô nhiễm photpho hiện nay .................................................. 13
1.2.6. Nguyên nhân gây ô nhiễm .................................................................... 13
1.2.7. Ảnh hƣởng của photpho tổng ................................................................ 14
1.3. Tổng quan về công nghệ xử lý photpho tổng trong nƣớc thải sinh hoạt
phân tán ........................................................................................................... 17
1.3.1. Các phƣơng pháp xử lý photpho trong nƣớc thải sinh hoạt .................. 17
1.3.2. Khử photpho bằng phƣơng pháp sinh học ............................................ 24
1.3.3. So sánh khử photpho bằng phƣơng pháp hóa học và phƣơng pháp
sinh học ........................................................................................................... 30
1.4. Một số công nghệ xử lý tổng photpho trong nƣớc thải sinh hoạt phân
tán .................................................................................................................... 31


1.4.1. Công nghệ SBR ..................................................................................... 31
1.4.2. Công nghệ xử lý MBR .......................................................................... 34
1.4.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải AAO .......................................................... 37
CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG, MỤC ĐÍCH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 44

2.1. Đối tƣợng và mục đích nghiên cứu ......................................................... 44
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 44
2.1.2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................. 44
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 44
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................... 45
2.3.1. Phƣơng pháp tài kiệu kế thừa ................................................................ 45
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích định lƣợng photpho bằng phƣơng pháp oxy
hóa ƣớt bằng K2S2O8 ....................................................................................... 45
2.4. Phƣơng pháp thực nghiệm ....................................................................... 49
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 52
3.1. Đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt trong nghiên cứu ............................... 52
3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý tổng photpho của toàn hệ .. 53
3.3. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý tổng photpho của
toàn hệ ............................................................................................................. 54
3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý tổng photpho của ngăn
thiếu khí-hiếu khí ............................................................................................ 54
3.5. Ảnh hƣởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý tổng photpho của
ngăn thiếu khí-hiếu khí.................................................................................... 55
3.6. Hiệu suất xử lý T-P của ngăn yếm khí ở các chế độ ................................ 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 58
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 60



MỞ ĐẦU
Nƣớc là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con ngƣời cũng nhƣ các
sinh vật trên Trái đất, tất cả các sự sống đều phụ thuộc vào nƣớc và vòng tuần
hoàn nƣớc. Lƣợng nƣớc trên Trái đất vào khoảng 1,38 tỉ km³ trong đó 97,4%
là nƣớc mặn trong các đại dƣơng, còn 2,6%, là nƣớc ngọt, tồn tại chủ yếu

dƣới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nƣớc
trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nƣớc uống.
Hiện nay vấn đề ô nhiễm nƣớc rất đƣợc quan tâm. Trong quá trình sinh
hoạt hàng ngày, dƣới tốc độ phát triển nhƣ hiện nay con ngƣời vô tình làm ô
nhiễm nguồn nƣớc bằng các hóa chất, chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà
máy, xí nghiệp. Ở nƣớc ta hiện nay, hầu hết các khu đô thị, khu dân cƣ, làng,
xã hay một số điểm du lịch đƣợc xây dựng phục vụ nhu cầu con ngƣời có
nguồn nƣớc thải sinh hoạt sinh ra còn chƣa đƣợc xử lý triệt để, mặc dù một
vài nơi có hệ thống xử lý tập trung nhƣng còn nhiều khó khăn về vấn đề vận
hành cũng nhƣ các chi phí xử lý cao dẫn đến nƣớc thải sinh hoạt không đạt
tiêu chuẩn môi trƣờng mà đã xả trực tiếp ra sông, hồ. Ngoài nguồn nƣớc thải
khổng lồ, thải ra từ các hoạt động của con ngƣời thì chúng ta cũng phải đối
mặt với một hiện tƣợng môi trƣờng ngày càng trở nên nghiêm trọng là hiện
tƣợng phú dƣỡng gây ra do bùng nổ các loài rong, tảo, thực vật phù du và
nồng độ chất dinh dƣỡng nitơ, photpho quá cao. Điều đó khiến tình trạng tầng
nƣớc mặt bị ô nhiễm, bốc mùi khó chịu, nƣớc có màu xanh đen hoặc đen,
theo thời gian sẽ ảnh hƣởng tới tầng nƣớc ngầm làm mất cảnh quan cũng nhƣ
biến đổi hệ sinh thái nƣớc và ảnh hƣởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con
ngƣời.
Hàm lƣợng cho phép của các thành phần dinh dƣỡng N, P đƣợc quy định
chặt chẽ trong tiêu chuẩn thải của nhiều quốc gia cũng nhƣ Việt Nam. Vì vậy,
trong xử lý nƣớc thải ngoài việc xử lý các thành phần ô nhiễm hữu cơ (BOD,

1


COD, SS…) việc xử lý các thành phần dinh dƣỡng nitơ, photpho cũng là yêu
cầu quan trọng.
Hiện nay, ngƣời ta đã đƣa ra nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sinh
hoạt. Một trong những phƣơng pháp đó là xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp

sinh học. Để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trƣờng, trong bản khóa luận
này bƣớc đầu chúng tôi thực hiện đề tài "Nghiên cứu xử lý tổng photpho
trong nƣớc thải sinh hoạt bằng hệ AAO cải tiến".

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ TỔNG PHOTPHO TRONG NƢỚC THẢI
SINH HOẠT PHÂN TÁN
1.1. Tổng quan về nƣớc thải sinh hoạt
1.1.1. Khái niệm về nước thải sinh hoạt
Nƣớc thải sinh hoạt là hỗn hợp phức tạp thành phần các chất, trong đó
chất bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ thƣờng tồn tại dƣới thành phần không hòa
tan, dạng keo và dạng hòa tan. Thành phần và tính chất của chất bẩn phụ
thuộc vào mức độ hoàn thiện thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống mạng
lƣới vận chuyển, tập quán sinh hoạt của ngƣời dân, mức sống xã hội, điều
kiện tự nhiên…do tính chất hoạt động của đô thị mà chất bẩn của nƣớc thải
thay đổi theo thời gian và không gian.
1.1.2. Nguồn gốc của nước thải sinh hoạt
Nƣớc thải sinh hoạt là nƣớc thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt từ
các cộng đồng dân cƣ nhƣ: khu vực đô thị, trung tâm thƣơng mại, khu vực vui
chơi giải trí, cơ quan công sở… Thông thƣờng, nƣớc thải sinh hoạt của hộ gia
đình đƣợc chia làm hai loại chính: nƣớc đen và nƣớc xám. Nƣớc đen là nƣớc
thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ,
các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Nƣớc xám là nƣớc phát sinh từ quá
trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô nhiễm không đáng kể. Lƣợng
nƣớc thải của một khu dân cƣ phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nƣớc.
Tiêu chuẩn cấp nƣớc sinh hoạt cho một khu dân cƣ phụ thuộc vào khả năng
của các nhà máy cấp nƣớc hay trạm cấp nƣớc hiện có. Các trung tâm đô thị

thƣờng có tiêu chuẩn cấp nƣớc cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông
thôn. Nƣớc thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thƣờng thoát bằng hệ thống
thoát nƣớc dẫn ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do

3


không có hệ thống thoát nƣớc nên nƣớc thải thƣờng đƣợc tiêu thoát tự nhiên
vào các ao hồ hoặc bằng biện pháp tự thấm.
1.1.3. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt
1.1.3.1. Theo nguồn gốc phát sinh
Bao gồm có hai loại:
 Nƣớc thải nhiễm bẩn do chất bài tiết từ con ngƣời từ các phòng vệ
sinh
 Nƣớc thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp,
các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nƣớc thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài
ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy
hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải bao gồm các hợp chất nhƣ protein
(40-50%): hydrat cacbon (40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nƣớc thải sinh
hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lƣơng khô. Có khoảng
20-40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Ở những khu dân cƣ đông đúc,
vệ sinh thấp kém nƣớc thải sinh hoạt không đƣợc xử lý thích đáng là một
trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng quan trọng.
1.1.3.2. Theo thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt
Mức độ cần thiết xử lý nƣớc thải phụ thuộc:
+ Nồng độ bẩn của chất thải
+ Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận
+ Yêu cầu về mặt vệ sinh môi trƣờng
Để lựa chọn công nghệ xử lý và tính toán thiết kế các công trình đơn xử

lý nƣớc thải trƣớc tiên cần phải biết thành phần tính chất nƣớc thải.
Thành phần tính chất của nƣớc thải chia làm hai nhóm chính:
+ Thành phần vật lý
+ Thành phần hóa học

4


Thành phần vật lý: Biểu thị dạng các chất bẩn có trong nƣớc thải ở các
kích thƣớc khác nhau đƣợc chia thành ba nhóm:
 Nhóm 1: gồm các chất không tan chứa trong nƣớc thải dạng thô (vải,
giấy, lá cây, cát, da, lông….) ở dạng lơ lửng (δ>10 -1mm) , và ở dạng
huyền phù, nhũ tƣơng (δ=10-1-10-4mm).
 Nhóm 3: gồm các chất bẩn ở dạng hòa tan có δ<10 -6 mm, chúng có thể
ở dạng ion hay phân tử.
 Nhóm 2: gồm các chất bẩn dạng keo (δ=10-4-10-6mm).
Thành phần hóa học: Biểu thị các dạng chất bẩn trong nƣớc thải có tính chất
hóa học khác nhau, đƣợc chia làm ba nhóm:
 Thành phần vô cơ: cát, sét, axit vô cơ, các ion muối phân ly… (chiếm
khoảng 42% nƣớc thải sinh hoạt).
 Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật cặn bã
bài tiết… (chiếm khoảng 58%).
+ Các chất chứa Nitơ.
+ Các hợp chất nhóm hydrocacbon: mỡ, xà phòng, xenlulozo…
+ Các hợp chất có chứa photpho, lƣu huỳnh.
 Thành phần sinh học: nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn…
1.1.4. Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trƣờng của nƣớc thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại
trong nƣớc thải gây ra.
 COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lƣợng lớn

và gây ra thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hƣởng đến hệ
sinh thái môi trƣờng nƣớc. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có
thể hình thành. Trong phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm nhƣ :
H2S, NH3, CH4… làm cho nƣớc có mùi hôi thối và làm giảm pH của
môi trƣờng.
5


 SS: lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
 Nhiệt độ: nhiệt độ của nƣớc thải sinh hoạt thƣờng không ảnh hƣởng
đến đời sống của thủy sinh vật nƣớc.
 Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đƣờng nƣớc nhƣ
tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…
 Amoniac, P: đây là những nguyên tố dinh dƣỡng đa lƣợng. Nếu nồng
độ trong nƣớc quá cao dẫn đến hiện tƣợng phú dƣỡng hóa (sự phát
triển bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nƣớc rất
thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó
vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra).
 Màu: mất mỹ quan.
 Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
1.1.5. Các đặc trưng của nước thái sinh hoạt
Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của khu dân cƣ đƣợc xác định trên cơ sở
nƣớc cấp. Tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt của các khu dân cƣ đô thị thƣờng là
từ 150 đến 250 L/ngƣời/ngày (đối với các nƣớc đang phát triển) và từ 150 đến
500 L/ngƣời/ngày (đối với các nƣớc phát triển). Tiêu chuẩn cấp nƣớc đối với
các đô thị nƣớc ta hiện nay dao động từ 120 đến 180 L/ngƣời/ngày. Đối với
khu vực nông thôn, tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt dao động từ 50 đến 120
L/ngƣời/ngày. Tiêu chuẩn nƣớc thải phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nƣớc.
Thông thƣờng tiêu chuẩn nƣớc thải sinh hoạt lấy bằng 80 đến 100% tiêu
chuẩn cấp nƣớc cho mục đích nào đó. Ngoài ra, lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của

khu dân cƣ còn phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm
khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của nhân dân.
Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng
phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số ngƣời tham gia, phục vụ trong

6


đó. Tiêu chuẩn thải nƣớc của một số loại cơ sở dịch vụ và công trình công
cộng này đƣợc nêu trong bảng sau:
Bảng 1.1: Tiêu chuẩn thải nƣớc của một số loại cơ sở dịch vụ và công
trình công cộng
Nguồn nƣớc thải

Đơn vị tính

Lƣu lƣợng, L/ngày

Nhà ga, sân bay

Hành khách

7,5-15

Khách

152-212

Nhân viên phục vụ

30-45

Nhà ăn

Ngƣời ăn

7,5-15

Siêu thị

Ngƣời làm việc

26-50

Trƣờng đại học

Sinh viên

56-113

Giƣờng bệnh

473-908(500-600)*

Nhân viên phục vụ

19-56

Ngƣời tắm

19-45

Ngƣời tham quan

15-30

Khách sạn

Bệnh viện
Bể bơi
Khu triển lãm, giải
trí

(Nguồn: Metcalf&Eddy. Wastewater Engineering Treatment, Disposal,
Reuse. Third Eddition, 1991).
Lƣợng nƣớc thải tập trung của đô thị rất lớn. Lƣợng nƣớc thải thành
phố của 20 vạn dân khoảng 40 đến 60 nghìn m3/ngày. Tổng lƣợng nƣớc thải
thành phố hà nội (năm 2006) gần 500.000 m3/ngày. Trong quá trình sinh hoạt,
con ngƣời xả vào hệ thống thoát nƣớc một lƣợng chất bẩn nhất định, phần lớn
là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dƣỡng. Ở nƣớc ta Tiêu chuẩn
TCXD 51:2007 quy định về lƣợng chất bẩn tính cho một ngƣời dân xả vào hệ
thống thoát nƣớc trong một ngày theo bảng sau:

7


Bảng1.2: lƣợng chất bẩn của một ngƣời trong một ngày xả vào hệ thống
thoát nƣớc (theo quy định của TCXD 51:2007)
Các chất

Giá trị, gam/ngƣời/ngày.đêm

Chất lơ lửng (SS)

60,65

BOD5 của nƣớc thải chƣa lắng

65

BOD5 của nƣớc thải đã lắng

30,35

Nitơ amoni (NH4+)

8

Photphat (P2O5)

3,3

Clorua (Cl-)

10

Bảng1.3: Thành phần nƣớc thải khu dân cƣ
Chỉ tiêu

Trong khoảng

Trung bình

Tổng chất rắn (TS), mg/l

350-1200

720

Chất rắn hòa tan (TDS), mg/l

250-850

500

Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l

100-350

220

BOD5, mg/l

110-400

220

Tổng Nitơ, mg/l

20-85

40

Nitơ hữu cơ, mg/l

8-35

15

Nitơ amoni, mg/l

12-50

25

Nitơ Nitrit, mg/l

0-0,1

0,05

Nitơ Nitrat, mg/l

0,1-0,4

0,2

Clorua, mA/l

30-100

50

Độ kiềm, mgCaCO3/l

50-200

100

Tổng chất béo, mg/l

50-150

100

Tổng photpho, mg/l

8

8


Đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt là hàm lƣợng chất hữu cơ lớn (từ 5055%) chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh. Đồng thời
trong nƣớc thải còn có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, cần thiết cho các
quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nƣớc. Trong nƣớc thải đô thị còn có vi
khuẩn gây bệnh phát triển tổng số coliforrn từ 106 đến 109 MPN/100ml, fecal
coliforrn từ 104 đến 107 MPN/ml.
Nhƣ vậy, nƣớc thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cƣ và các cơ sở dịch vụ
công trình công cộng có khối lƣợng lớn, hàm lƣợng chất bẩn cao, nhiều vi
khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi

trƣờng nƣớc.
1.2. Tổng quan về photpho
1.2.1. Định nghĩa
Photpho (P) là một nguyên tố trong tự nhiên tồn tại dƣới dạng quặng. Ở
sinh vật photpho có vai trò quan trọng có nhiều trong xƣơng động vật dƣới
dạng canxi photphat, trong não, lòng đỏ trứng, dƣới dạng hợp chất hữu cơ.
Photpho là một á kim, nguyên tử lƣợng 31, tỉ trọng 1,83, điểm nóng
chảy 94 độ C, điểm sôi 278 độ C, không tan trong nƣớc, tan trong dung môi
hƣu cơ. Là một chất rắn, dễ gãy ở nhiệt độ thƣờng, mềm, dễ uốn.
Tổng lƣợng photpho bao gồm ortophotphat (PO43-), poly photphat (hai
phân tử axit ortophotphoric ngƣng tụ lại thành một phân tử) và các hợp chất
photpho hữu cơ trong đó ortophotphat luôn chiếm tỉ lệ cao nhất. Photphat có
thể ở dạng hòa tan, keo hay rắn. Trƣớc khi phân tích cần xác định dạng tồn tại
của photpho. Nếu chỉ xác định ortophotphat (mục đích kiểm soát quá trình kết
tủa của photpho) thì mẫu cần lọc trƣớc khi phân tích. Tuy nhiên nếu phân tích
photpho tổng (kiểm soát giới hạn thải) thì mẫu phải đƣợc đồng nhất và thủy
phân.

9


1.2.2. Phân loại
Photpho tồn tại dƣới ba dạng thù hình cơ bản: trắng, đỏ và đen. Các dạng
thù hình khác cũng có thể tồn tại nhƣng phổ biến nhất là photpho trắng và
photpho đỏ.
 Photpho trắng là chất hóa học màu vàng mờ, có mùi cay nồng, có khả
năng gây cháy và tự bốc cháy ở điều kiện thƣờng. Chất photpho trắng
là chất đƣợc sử dụng nhiều trong quân sự, đặc biệt là dùng chế tạo bom.
 Photpho đỏ là một dạng thù hình của photpho nhƣng là chất trơ, không
có những hoạt tính đặc biệt nhƣ photpho trắng, photpho đỏ đƣợc chế

tạo từ photpho trắng và đƣợc xem là an toàn. Photpho đỏ tƣơng đối ổn
định và thăng hoa ở 1atm và 170 độ C nhƣng cháy do va chạm hoặc do
nhiệt của ma sát. Photpho đỏ đƣợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp
diêm, chế tạo pháo hoa, pháo lệnh,...
 Thù hình photpho đen tồn tại và có cấu trúc tƣơng tự nhƣ graphit, các
nguyên tử đƣợc sắp xếp trong các lớp theo tấm lục giác và có tính dẫn
điện.
1.2.3. Các hợp chất quan trọng của photpho
1.2.3.1. Axit photphoric ( H3PO4)
Axit photphoric ( H3PO4) hay còn gọi là Axit orthophotphoric là một
chất lỏng, trong, sánh, tan trong nƣớc và cồn. Phân tử lƣợng: 98; tỷ lƣợng :
1,83; điểm nóng chảy: 42,3 độ C, điểm sôi: 213 độ C.
Axit photphoric là một axit tƣơng đối mạnh, đƣợc sử dụng nhiều trong
công nghiệp phân bón supe photphat. Nó đƣợc sử dụng để làm sạch bề mặt
kim loại trƣớc khi sơn, nếu lẫn tạp chất có thể sinh ra hydro, từ đó có thể tạo
ra một khí cực độc là PH3…
Nếu bị axit bắn vào da hoặc mắt thì phải rửa sạch bằng nhiều nƣớc tại
nguồn nƣớc gần nhất trƣớc khi đƣa nạn nhân đi cấp cứu.

10


1.2.3.2. Photpho pentaoxit (P2O5)
Photpho pentaoxit P2O5 hay còn gọi là anhydrit photphoric, là chất bột
màu trắng, chảy ra trong không khí, tan trong H2SO4, phân hủy mạnh trong
nƣớc. Phân tử lƣợng: 142, tỷ trọng: 2,39; điểm nóng chảy: 269 độ C.
Đƣợc sử dụng trong hữu cơ làm tác nhân khử nƣớc. Nó có tác động ăn
mòn đối với mắt, niêm mạc, da. Hít phải hơi photpho pentaoxit có thể bị phù
phổi.
1.2.3.3. Photphin (PH3)

Là chất khí không màu, tinh khiết, không mùi (mùi tỏi khi tạo thành từ
photphua). Tỷ trọng: 1,175; sôi ở: 87,4 độ C; nóng chảy: 132,5 độ C.
PH3 rất ít tan trong nƣớc, tan nhiều trong kiềm và ete. Nó có thể hóa
lỏng và cháy với ngọn lửa màu xanh sáng. Ngoài ra, nó còn rất độc, tác động
đến hệ thần kinh gây hôn mê, gây kích ứng phần da hở, niêm mạc mắt, đƣờng
hô hấp, gây xuất huyết ở phổi.
1.2.3.4. Photpho triclorua (PCl3)
Là chất lỏng không màu, bốc khói, tan trong dung môi hữu cơ. Nó phân
hủy trong nƣớc, giải phóng nhiều nhiệt. Đƣợc dùng để sản xuất photpho
pentaclorua (PCl5) là tác nhân clo hóa.
Photpho triclorua là một chất cực kì ăn mòn khi ấm, khi đun nóng sẽ
tạo thành PCl5. Phản ứng mạnh với kiềm.
Photpho triclorua là một chất gây cháy, nổ, nó có tính chất nguy hiểm
nhƣ PCl5 nên cần phải thận trọng khi tiếp xúc.

11


1.2.4. Vai trò của photpho
Photpho là một yếu tố cần thiết cho sự sống, sinh vật sống, bao gồm cả
con ngƣời, sở hữu một số lƣợng nhỏ và yếu tố này rất quan trọng trong quá
trình sản sinh năng lƣợng của tế bào. Trong nông nghiệp, photpho khai thác
từ các mỏ đƣợc sử dụng rộng rãi để chế biến làm phân bón giúp tăng năng
suất cây trồng. Photpho cũng đã sử dụng công nghiệp khác.
Photpho là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống đã biết.
Photpho vô cơ trong dạng photphat PO43- đóng một vai trò quan trọng trong
các phân tử sinh học nhƣ AND và ARN trong đó nó tạo thành một phần của
phần cấu trúc cốt tủy của các phân tử này. Các tế bào sống cũng sử dụng
photphat để vận chuyển năng lƣợng tế bào thông qua adenosine triphotphat
(ATP). Gần nhƣ mọi tiến trình trong tế bào có sử dụng năng lƣợng đều có nó

trong dạng ATP. ATP cũng là quan trọng trong photphat hóa, một dạng điều
chỉnh quan trọng trong các tế bào. Các photpholipit là thành phần cấu trúc chủ
yếu của mọi màng tế bào. Các muối photphat canxi đƣợc các động vật dùng
để làm cứng xƣơng của chúng. Trung bình trong cơ thể ngƣời chứa khoảng
gần 1kg photpho, và khoảng ba phần tƣ số đó nằm trong xƣơng và răng dƣới
dạng apatit. Một ngƣời lớn ăn uống đầy đủ tiêu thụ và bài tiết ra khoảng 1-3g
photpho trong ngày dƣới dạng photphat.
Theo thuật ngữ sinh thái học, photpho thƣờng đƣợc coi là chất dinh
dƣỡng giới hạn trong nhiều môi trƣờng, tức là khả năng có sẵn của photpho
điều chỉnh tốc độ tăng trƣởng của nhiều sinh vật. Trong các hệ sinh thái sự dƣ
thừa photpho có thể là một vấn đề, đặc biệt là trong các hệ thủy sinh thái, gây
phú dƣỡng và bùng nổ tảo.

12


1.2.5. Thực trạng ô nhiễm photpho hiện nay
Dƣ thừa photpho từ các cánh đồng và bãi cỏ ở ngoại ô các thành phố
xuống các ao, hồ, sông, suối là nguyên nhân chính để tảo phát triển, sau đó
chúng đi vào các nguồn nƣớc và làm giảm chất lƣợng nƣớc. Ô nhiễm photpho
gây nguy hiểm cho cá và các loài thủy sinh khác cũng nhƣ các loài động vật
và con ngƣời, những sinh vật sống phụ thuộc vào nguồn nƣớc sạch. Trong
một số trƣờng hợp dƣ thừa photpho còn giúp tảo độc phát triển, gây ra mối đe
dọa trực tiếp đến sinh mạng con ngƣời và động vật.
Dƣ thừa photpho trong môi trƣờng là vấn đề chủ yếu ở các nƣớc công
nghiệp, phần lớn ở Châu Âu, Bắc Mỹ và một số khu vực Châu Á. Ở các khu
vực khác, đặc biệt là Châu Phi và Australia, đất rất nghèo photpho, gây ra một
sự mất cân bằng dinh dƣỡng. Trớ trêu thay, đất ở những nơi nhƣ Bắc Mỹ, khu
vực mà phân bón với photpho đƣợc sử dụng phổ biến nhất.
1.2.6. Nguyên nhân gây ô nhiễm

Hợp chất photphat đƣợc tìm thấy trong nƣớc thải sinh hoạt hay đƣợc thải
trực tiếp vào nguồn nƣớc mặt phát sinh từ:
 Thất thoát từ phân bón có trong đất
 Chất thải từ ngƣời và động vật
 Các hóa chất tẩy rửa và làm sạch
Việc sử dụng photpho trên toàn thế giới, một loại phân bón quan trọng
trong nông nghiệp hiện đại - phân lân, một nhóm nhà nghiên cứu cảnh báo
rằng kho dự trữ photpho trên thế giới sẽ sớm khan hiếm và việc sử dụng quá
mức trong một thế giới công nghiệp hóa là nguyên nhân hàng đầu dẫn tới sự ô
nhiễm ao, hồ, sông, suối nhƣ hiện nay.

13


1.2.7. Ảnh hưởng của photpho tổng
Hiện nay, nông nghiệp nƣớc ta phải sử dụng phân hóa học và thuốc trừ
sâu, cỏ dại với khối lƣợng ngày càng lớn. Đây là xu thế tất yếu bởi lẽ phân
hóa học và thuốc trừ sâu, trừ cỏ dại có tác dụng quyết định đến 40-50% mức
tăng sản lƣợng cây trồng hàng năm, vấn đề đặt ra ở đây là cần có các biện
pháp hữu hiệu nhằm hạn chế mặt độc hại của những hóa chất ấy đối với môi
trƣờng sống và sức khỏe con ngƣời.
Có hàng trăm loại hóa chất trừ dịch hại và phân hóa học đƣợc đƣa vào
nƣớc ta. Theo nhiều nhà nghiên cứu, trong khoảng hơn 120 hóa chất trừ sâu
bệnh thông dụng thì có tới 90 chất độc hại, 33 chất gây độc biến di truyền, 22
chất gây dị dạng khuyết tật, 14 chất gây u độc và ung thƣ cho các loại động
vật máu nóng. Nói chung, hầu hết các loại phân hóa học và hóa chất trừ dịch
bệnh, cỏ dại ít nhiều đều gây độc cho ngƣời và gia súc.
Mỗi loại hóa chất có tính chất hóa lý khác nhau nên cơ chế gây độc
cũng khác nhau. Có thể chia làm hai loại: Loại độc mạnh, cấp tính nguy hiểm
và loại gây độc từ từ, tích lũy dần, gây tác hại mãn tính cho ngƣời.

Nhóm cơ photpho phân hủy tƣơng đối nhanh trong đất, cây, trong cơ
thể ngƣời và động vật… Khi bị nhiễm độc nặng, sẽ ảnh hƣởng rõ rệt đến hệ
huyết áp, hô hấp, làm thay đổi chức năng của hệ thần kinh, làm tổn thƣơng
chức năng bài tiết của thận và quá trình trao đổi chất trong cơ thể. Nếu nhiễm
độc nhóm Clo hữu cơ, sẽ tác động mạnh đến hệ thần kinh, gây co giật cơ, làm
nhịp tim và hệ tiêu hóa rối loạn.
1.2.7.1. Ảnh hưởng đến môi trường nước
Khả năng tồn tại của photphat sinh học hoàn toàn phụ thuộc vào pH:
+ Ở pH thấp (môi trƣờng axit): photpho gắn chặt với các hạt sét và tạo
thành các chất tổng hợp không tan với ion sắt ví dụ [Fe(OH) 2H2PO4)] và
nhôm [Al(OH)2H2PO4]. Do sự xuất hiện của ion Fe3+ và nhôm trong đất, của

14


cặn lắng và nƣớc, nên lƣợng photpho hòa tan rất thấp trong điều kiện axit.
Khi môi trƣờng không có oxy, photpho đƣợc cố định là các phức hợp sắt
không tan, có thể giải phóng Fe3+, giảm thành Fe2+ và tạo thành sunfit sắt.
+ Trong điều kiện pH cao (môi trƣờng kiềm): Photpho hình thành các
hợp chất không hòa tan khác nhất là canxi (ví dụ hydroxyapatite
Ca10(PO4)6(OH2)). Trong điều kiện hiếu khí có Ca, Al và ion Fe thì photphat
tan nhiều nhất ở pH 6-7.
Photpho là nguồn dinh dƣỡng quan trọng cho thực vật và tảo. Trong
nƣớc, các hợp chất photpho tồn tại ở bốn dạng: Hợp chất vô cơ không tan,
hợp chất vô cơ có tan, hợp chất hữu cơ tan và hợp chất hữu cơ không tan.
Nồng độ cao của photpho trong nƣớc gây ra sự phát triển mạnh của tảo, khi
tảo chết đi quá trình phân hủy kị khí làm giảm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc
và điều này gây độc hại đến đời sống thủy sinh.
Nitơ và photpho là hai nguyên tố cơ bản của sự sống vào trong nhiều
ngành công nghiệp, nông nghiệp. Khi thải 1kg nitơ dƣới dạng hợp chất hóa

học và môi trƣờng nƣớc sẽ sinh ra 20kg COD, cũng nhƣ vậy, khi thải 1kg P sẽ
sinh ra 138kg COD. Trong nguồn nƣớc giàu chất dinh dƣỡng ( N, P) thƣờng
xảy ra các hiện tƣợng: tảo và thủy sinh phát triển mạnh tạo nên mật độ lớn
vào ban ngày hoặc khi nhiều nắng tảo quang hợp mạnh. Để quang hợp, tảo
hấp thụ khí CO2 hoặc bicacbonat (HCO3-) trong nƣớc và nhả oxy. pH của
nƣớc tăng nhanh, nhất là khi nguồn nƣớc có pH thấp (tính đệm thấp do cân
bằng H2CO3 - HCO3--CO32- ) vào cuối buổi chiều; pH của một số ao, hồ giàu
dinh dƣỡng có thể đạt giá trị trên 10. Nồng độ oxi hòa tan trong nƣớc thƣờng
siêu bão hòa, tới 20mg/L.
Song song với quá trình quang hợp là quá trình hô hấp (phân hủy chất
hữu cơ để tạo năng lƣợng, ngƣợc với quá trình quang hợp) xảy ra.

15


Trong khi hô hấp, tảo và thực vật thủy sinh tiêu thụ oxy thải ra CO 2 là
tác nhân làm giảm pH của nƣớc.
Trong các nguồn nƣớc, nếu hàm lƣợng N>30-60mg/L, P>4-8mg/L sẽ
xảy ra hiện tƣợng phú dƣỡng. Vào ban đêm hoặc những ngày ít nắng, quá
trình hô hấp diễn ra mạnh mẽ gây hiện tƣợng thiếu oxy và làm giảm pH của
nƣớc. Do vậy, vào buổi sáng thƣờng oxy trong nƣớc cạn kiệt và pH rất thấp.
Hiện tƣợng phú dƣỡng cũng xảy ra ở hệ sinh thái biển, đặc biệt vùng
cửa sông hay các vịnh kín hoặc các vùng biển kín. Tảo nở hoa gây ra hiện
tƣợng thủy triều đỏ và phân hủy hệ sinh thái thủy sinh. Ví dụ trong suốt mùa
du lịch trên thế giới có khoảng 200 triệu ngƣời du lịch cùng với 85% nƣớc
thải sinh hoạt không đƣợc xử lý từ các thành phố lớn thải ra biển sẽ gây ô
nhiễm biển ở nhiều nơi. Cá chết và gây ô nhiễm trầm tích.
1.2.7.2. Ảnh hưởng đối với con người
Đây là nguyên tố có độc tính với 50mg là liều trung bình gây chết
ngƣời (photpho trắng nói chung đƣợc coi là dạng độc hại của photpho trong

khi photphat và ortophotphat lại là các chất dinh dƣỡng thiết yếu). Thù hình
photpho trắng cần đƣợc bảo quản dƣới dạng ngâm nƣớc do nó có độ hoạt
động hóa học rất cao với oxy trong khí quyển và gây ra nguy hiểm cháy và
thao tác với nó cần đƣợc thực hiện bằng kẹp chuyên dụng do việc tiếp xúc
trực tiếp với da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêm trọng. Ngộ độc mãn tính
photpho trắng đối với các công nhân không đƣợc trang bị bảo hộ lao động tốt
dẫn đến trứng chết hoại xƣơng hàm. Nuốt phải photpho trắng có thể sinh ra
tình trạng mà trong y tế gọi là “ hội chứng tiêu chảy khói”. Các hợp chất hữu
cơ của photpho tạo ra một lớp lớn các chất, một số trong đó là cực kì độc.
Một loạt các hợp chất hữu cơ chứa photpho đƣợc sử dụng bằng độc tính của
chúng để làm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, vv... Phần lớn các

16


hợp chất photphat vô cơ là tƣơng đối không độc và là các chất dinh dƣỡng
thiết yếu.
Khi photpho trắng bị đƣa ra ánh nắng mặt trời hay bị đốt nóng thành
dạng hơi ở 250 độ C thì nó chuyển thành dạng photpho đỏ, và nó không tự
cháy trong không khí, do vậy nó không nguy hiểm nhƣ photpho trắng. Tuy
nhiên, việc tiếp xúc với nó vẫn cần sự thận trọng do nó cũng có thể chuyển
thành dạng photpho trắng trong một khoảng nhiệt độ nhất định và nó cũng tỏa
ra khói có độc tính cao chứa các oxit photpho khi bị đốt nóng.
1.3. Tổng quan về công nghệ xử lý tổng photpho (T-P) trong nƣớc thải
sinh hoạt phân tán
1.3.1. Các phương pháp xử lý photpho trong nước thải sinh hoạt
Hầu nhƣ các hợp chất của photpho không tồn tại ở dạng bay hơi trong
điều kiện thông thƣờng, vì vậy để tách photpho ra khỏi nƣớc ta phải chuyển
hóa chúng về dạng không tan trƣớc khi áp dụng các kỹ thuật tách chất lắng
nhƣ: lọc, lắng hoặc tách trực tiếp qua màng thích hợp.

Hợp chất photpho trong môi trƣờng nƣớc thải tồn tại ở các dạng
photpho hữu cơ, photphat đơn (H2PO4-, HPO42-, PO43-) tan trong nƣớc
polyphotphat hay còn gọi là photphat trùng ngƣng, muối photphat và photpho
trong tế bào sinh khối.

17