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


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


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

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

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

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
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


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



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


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

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)

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

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

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.